Einar Dale, overlege dr. med, OUS
Einar Dale, overlege dr. med, OUS.
Stråleterapi er et felt i stadig utvikling. Fram til begynnelsen av 90-tallet baserte man planleggingen på simulatorinnstilling, dvs inntegning av målvolum og definering av strålefelt ut fra konvensjonelle røntgenbilder. Utover 90-tallet ble CT for alvor tatt i bruk til doseplanlegging.
Denne teknologien gjorde det mulig å tegne inn målvolum og risikoorganer i CT snitt for CT snitt på en PC/arbeidsstasjon. Deretter kunne man definere strålefelt i doseplanleggingsprogrammet og få en tredimensjonal beregning av dosefordelingen i det avbildede volumet. Dette ga en ny og nødvendig kontroll på at målvolumet fikk riktig dose – og ikke minst at toleransedoser til riskoorganer ble overholdt.
Feltkontrollbilder
Parallelt med innfasingen av CT i stråleterapi kom muligheten for feltkontrollbilder på strålebehandlingsapparatene. Et feltkontrollbilde er et røntgenbilde tatt på stråleapparatet med behandlingsstrålen og brukes til å verifisere pasientens anatomi i behandlingsposisjonen sammenlignet med den opprinnelige planleggings-CT. Tidligere hadde man basert seg kun på posisjonering etter inntegning på pasientens hud med de usikkerheter det innebar utover i et behandlingsforløp. Feltkontrollbildene reduserte en del av usikkerheten ved posisjonering av pasienten. Problemet er at slike bilder tatt med den høyenergetiske behandlingsstrålen stort sett bare kan brukes til verifisere posisjon av skjelettstrukturer, mens bløtvevsstrukturer forblir bortgjemte. Ofte befinner tumor seg i bløtvevsstrukturer, og man mister dermed muligheten verifisere tumorposisjonen. (Et hederlig unntak er ved innsetting av røntgentett materiale i tumor, som kan avbildes med behandlingsstrålen. Man får dermed et meget bra surrogatmål på hvor tumor befinner seg. Gullkorn innsatt i prostata er et godt eksempel.)
Figur 1: Aksiale CT bilder av en pasient som får stråleterapi for larynxcancer med lymfeknutemetastaser på hals. a) Opprinnelig doseplan (før behandling). b) Etter 2Gy x 15 med den opprinnelige doseplanen uten å ta hensyn til endringer i pasientanatomi. c) Ny doseplan som tar hensyn til endringer i pasientanatomi.
Figur 2: Aksialt Cone-beam CT (CBCT) bilde tatt på strålebehandlingsapparatet. Bildet korresponderer med figur 1b og 1c.
Kun øyeblikksbilder
Man var – og er – pinlig klar over at CT-bildene kun utgjør et øyeblikksbilde. Ved langstrakt fraksjonert stråleterapi, f eks 2 Gy x 30-35 over 6-7 uker, kan det skje nokså store endringer i bløtvevsanatomien og tumorstørrelsen (Figur 1). De siste 10 årene har det derimot kommet en ny teknologi på banen, nemlig et røntgenrør montert på strålebehandlingsapparatet, som bl.a. kan benyttes til å ta Cone beam CT (CBCT). Dette er et enkelt røntgenapparat montert på behandlingsapparatet som gjør at man kan få både 2D røntgenbilder og CT avbilding i behandlingssituasjonen (Figur 2). Til tross for noe dårligere bildekvalitet, kan man sammenlikne bildene med CT tatt for doseplanlegging og vurdere om man bestråler bløtvevsstrukturene på planlagt måte. Bruk av feltkontrollbilder og CBCT kommer inn under begrepet bildeveiledet stråleterapi (Ramme 1).
Figur 3: Skisse som illustrerer konseptet deformerbar registrering (DR).
Ramme 1
Definisjon av bildeveiledet stråleterapi hentet fra en.wikipedia.org/wiki/Image-guided_radiation_therapy
Image-guided radiation therapy (IGRT) is the process of frequent two and three-dimensional imaging, during a course of radiation treatment, used to direct radiation therapy utilizing the imaging coordinates of the actual radiation treatment plan.[1] The patient is localized in the treatment room in the same position as planned from the reference imaging dataset. An example of IGRT would include localization of a cone-beam computed tomography (CBCT) dataset with the planning computed tomography (CT) dataset from planning. IGRT would also include matching planar kilovoltage (kV) radiographs or megavoltage (MV) images with digital reconstructed radiographs (DRRs) from the planning CT. These two methods comprise the bulk of IGRT strategies currently employed circa 2013.
Figur 4: Mangebladskollimator (MLC).
CBCT opp mot CT er morgendagens stråleterapi
Ved hjelp av CBCT kan dosefordelingen i pasienten monitoreres over tid. Pasienten kan bli tynnere i løpet av strålebehandlingen, tumor blir mindre, og anatomien kan endre seg nokså betydelig. Én løsning er såkalt deformerbar registrering (DR) av CT doseplanbilder opp mot multiple CBCT tatt på behandlingsapparatet. Ved deformerbar registrering, benyttes en algoritme på bildematerialet, som strekker og drar i bildene slik at de passer inn i bildene tatt på et annet tidspunkt (Figur 3). Man får da et rimelig mål på hvordan den planlagte stråledosen fordeler seg i pasienten over tid – noe som har vært en ønskedrøm i forskningsmiljøene siden slutten av 90-tallet. Deformerbar registrering av CBCT opp mot CT bildene til planlegging er fortsatt ikke helt tatt i bruk ved dagens strålebehandling, men utgjør morgendagens stråleterapi.
Figur 5: Doseplan ved bestråling av skjelettmetastase i columna som viser at man ved hjelp av IMRT teknikk kan spare medulla.
CBCT gir bedre kontroll
Mange ville si seg fornøyd med å ha kunnskap om summert 3D dosefordeling inne i pasienten gjennom et fraksjonert behandlingsforløp. Men hva gjør man hvis tumor viser seg å bli underdosert – eller toleransedosen til et risikoorgan overskredet? Vi beveger oss nå inn i begrepet ”adaptiv stråleterapi” (Ramme 2). Ved uakseptable avvik i dosefordelingen kan man endre på feltoppsettet underveis i behandlingen. Idealet er å bruke CT bilder sammen med CBCT og raskt lage en ny doseplan som gir en dosefordeling i dagens pasientanatomi som likner mer på den opprinnelig planlagte dosefordelingen. Ved utstrakt bruk av CBCT kan man sikre at faktisk avlevert dosefordeling gjennom et langt behandlingsforløp blir mest mulig lik den planlagte dosefordeling. Dette kan resultere i økt tumorkontroll, redusert normalvevstoksisitet og kan også gjøre doseeskalering mulig.
Morgendagens behandling
Figur 6: Aksialt PET-CT bilde av pasient med høyresidig tonsillecancer med lymfeknutemetastaser på hals.
Ved konvensjonell 3D konformal stråleterapi (3D-CRT) bruker man CT til å doseplanlegge kryssende felt med lik ”stråleintensitet” i hvert feltareal. (Dette kan sammenliknes med å lyse med en lommelykt på veggen der lyset er like sterkt over hele flaten.) Formen på feltet kan endres ved hjelp av mangebladskollimatorer (multi-leaf collimator – MLC) som er bevegelige metallblader (wolfram) montert i stråleapparathodet (Figur 4). En videreutvikling av 3D-CRT er IMRT (intensitetsmodulert stråleterapi), som kom for alvor i praktisk bruk i stråleterapien på begynnelsen av 2000-tallet. Ved IMRT lar man intensiteten i strålefeltene variere (lyset fra lommelykten på veggen er ikke lenger like sterkt over hele arealet). Ved å la intensiteten i strålefeltene variere, får man langt større frihet til å utforme dosefordelingen inne i pasienten. Dette er spesielt fordelaktig når tumor ligger i nærhet av risikoorganer (Figur 5). Etter hvert innså man at IMRT kan brukes atskillig mer raffinert – i kombinasjon med avansert bildeteknologi som PET-CT og/eller avanserte MR sekvenser. PET-CT og MR kan i større grad enn CT, gi et mer differensiert bilde av en tumor – såkalt biologisk avbilding (Figur 6). Områder av tumor som lyser mer på f eks PET-CT kan tenkes å representere tumorvev av en høyere malignitetsgrad, som trenger en høyere stråledose enn andre områder av tumor. Tanken har vært å slippe datamaskinen løs, bruke IMRT prinsippet for hva det er verdt og la stråledosen i hvert geometrisk punkt i tumor gjenspeile f eks PET-CT intensiteten i det samme punktet. Så kan PET-CT undersøkelsene repeteres flere ganger i behandlingsforløpet og doseplanen kan adapteres underveis – både etter PET-CT og geometriske endringer som også kommer fram på CBCT. Dette kalles ”dose painting”. Hvis metoden har noe for seg, burde man klare å oppnå bedre tumorkontroll sammenliknet med tradisjonell stråleterapi basert på kun en førstegangs planleggings CT. Små studier er allerede igangsatt (1, 2). Tiden vil vise hvilken plass adaptiv stråleterapi får i morgendagens behandling (3).
Ramme 2
Definisjon av adaptiv stråleterapi hentet fra www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9015813
Adaptive radiation therapy is a closed-loop radiation treatment process where the treatment plan can be modified using a systematic feedback of measurements. Adaptive radiation therapy intends to improve radiation treatment by systematically monitoring treatment variations and incorporating them to re-optimize the treatment plan early on during the course of treatment. In this process, field margin and treatment dose can be routinely customized to each individual patient to achieve a safe dose escalation.
Takk til Einar Waldeland for konstruktiv hjelp med manuskriptet. Takk til Janani Moorthy og Marius Røthe Arnesen for hjelp med bilder.
Referanser:
- Madani I. Duprez F. Boterberg T et al. Maximum tolerated dose in a phase I trial on adaptive dose painting by numbers for head and neck cancer. Radiotherapy & Oncology 2011; 101:351-355.
- Berwouts D. Olteanu LA. Duprez F. Vercauteren T et al. Three-phase adaptive dose-painting-by-numbers for head-and-neck cancer: initial results of the phase I clinical trial. Radiotherapy & Oncology 2013; 1073:310-316.
- Wu QJ, Li T, Wu Q, Yin FF. Adaptive radiation therapy. technical components and clinical applications. Cancer Journal 2011; 17: 182-189.