mpmr und PET/CT Individualisierte Strahlentherapie schon heute? Dresden Bern

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1 mpmr und PET/CT Individualisierte Strahlentherapie schon heute? Dresden Bern

2 mpmr und PET/CT Individualisierte Strahlentherapie schon heute? Michael Schmuecking

3 Quantensprünge in der Radio-Onkologie Orthovolt << 60 Co << Linearbeschleuniger 1D << 2D << 3D-Bestrahlungsplanung IMRT (dose painting)? Intensitätsmodulierte Radiotherapie Molekulare Zusatzinformation in der Bestrahlungsplanung? IGRT? Adaptive Image Guided Radiation Therapy S e ite 2 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 3

4 IGRT Image Guided Radiation Therapy Multimodale Bildgebung: Optimierung der Konturierung von Makrotumor Verifikation der Organbeweglichkeit (z.b. 4D-CT der Lunge, non-gated PET der Lunge) Veränderung der normalen Anatomie und der Tumoranatomie unter Radiotherapie Verifikation der exakten Patientenpositionierung vor Radiotherapie Detektion der Patientenbewegung unter Radiotherapie Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 4

5 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 5

6 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 6

7 Biologische Bestrahlungsplanung Vision von 2000 ist Wirklichkeit in 2010 Import von PET-Daten oder PET/CT-Daten in die Bestrahlungsplanungsrechner ist durch Angleich des DICOM-Standards jetzt möglich Externe Bildfusion mit Anfertigung von Structure Files und Import dieser Structure Files ist jetzt möglich IMRT jetzt weit verfügbar Hochpräzisionsbestrahlung jetzt in vielen Zentren verfügbar Bewusst inhomogene Dosisverteilung im Zielvolumen entsprechend der Strahlenempfindlichkeit der Zell-Klone jetzt möglich (dose painting) Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 7

8 Ist das Ziel einer individualisierten Bestrahlungsplanung durch multimodale Bildgebung damit erreicht? Amdur et al. R&O 1990 Sinerem 11 C-Cholin PET/CT Grosu, TU München PTV 1 (Planungszielvolumen) Blase Prostata DCE MRI S e ite 2 Enddarm Galalae, CAU Kiel Zielvolumen-Konzeption nach ICRU 58 MRS Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 8

9 Nutzen der multimodalen Bildgebung Fokale Radiotherapie der Prostata Lokale Radiotherapie der Prostata Regionäre Radiotherapie der Prostata Radiotherapie des biochemischen Rezidivs des Lokalrezidivs / des lokoregionären Rezidivs nein nein/ja ja ja Bildgestützte Punktion der Prostata ja Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 9

10 Fokale Radiotherapie der Prostata: nein 1. Die wahre Tumorausdehnung wird durch die Bildgebung unterschätzt. 2. Eine geringe Tumorzelldichte im Präparat führt zu negativen Befunden. 3. Kleine Tumorareale werden nicht detektiert. Die Strahlentherapie hat die Möglichkeit, Räume von Tumorzellen zu säubern, die letzte clonogene Zelle zu vernichten und eine komplette Remission zu erzielen Aber: dafür muss man auch treffen. Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 10

11 Korrelation des MR-Tumorvolumens in der peripheren Zone der Prostata mit der Histologie (n = 42 ) Prostatektomiepräparat: 60 Läsionen > 0.1 cm 3 Detektion durch die MR-Bildgebung 43 Läsionen T2-TSE DWI DWI Mazaheri et al. Radiology 2009; 252: Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 11

12 Korrelation des MR-Tumorvolumens in der peripheren Zone der Prostata mit der Histologíe (n = 42 ) Prostatektomiepräparat: 60 Läsionen > 0.1 cm 3 Detektion durch die MR-Bildgebung 43 Läsionen T2 gewichtete MR Bildgebung unterschätzt das Tumorvolumen in 4/42 Patienten ADC-Maps unterschätzen das Tumorvolumen ADC Cut-off von mm 2 /s: 4/42 Patienten tumorfrei, unterschätzt in 20/42 Patienten T2-TSE DWI DWI Mazaheri et al. Radiology 2009; 252: Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 12

13 Für den Strahlentherapeuten gute Korrelation des MR-Tumorvolumens in der peripheren Zone der Prostata mit der Histologie (n = 42 ) V = 4.77 cm 3 V = 5.11 cm 3 V = 4.81 cm 3 Cut-off mm 2 /s Mazaheri et al. Radiology 2009; 252: Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 13

14 Korrelation des MR-Tumorvolumens in der peripheren Zone der Prostata mit der Histologie Welcher ADC Cut-off Level sollte für die Konturierung des Tumorvolumens genutzt werden? PCA: 70% PCA: 30% Central Zone Vargas et al. Radiology doi: /radiol Turkbey et al. Radiology 2011; 258: Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 14

15 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 15

16 Where is the detection level for DCE-MRI? Lesion size 9 mm x 3.7 mm Seite 2

17 High-grade PIN lesion, as detected by biopsy: Where is the detection level for DCE-MRI? In comparison: Fischer et al. JNM 2005 The detection limit of PET is in the magnitude of 10 5 to 10 6 malignant cells. T1-w DCE MRI before biopsy Current clinical PET systems are capable of 3-5 mm spatial resolution. Seite 2

18 Prostatakarzinom: DCE-MRI und CAD Läsionen kleiner 3mm mit weniger als 30% vitaler Tumorzellen werden nicht detektiert vs. Cholin MRS SVS: Läsionen kleiner 8mm mit weniger als 50% vitaler Tumorzellen werden nicht detektiert CSI: Läsionen kleiner 4mm mit weniger als 40% vitaler Tumorzellen werden nicht detektiert Was erreicht die Cholin PET? Schmuecking et al. IJRB 2009; 85: Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 18

19 Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 19

20 6/26 (23%) Patienten zeigten einen geringeren 11 C-Choline Uptake in bis zu 58-72% der Segmente mit Prostatakarzinom im Vergleich zum SUV max der Segmente mit benigner Histologie. Reske et al. J Nucl Med 2011; 99: Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 20

21 Konturierung des Tumorvolumens Welcher Konturierungsalgorithmus? Cut-off Level für SUV? Chang et al. Radiother Oncol 2011; 99: Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 21

22 Konturierung des Tumorvolumens Welcher Konturierungsalgorithmus? Cut-off Level für SUV? Cut-off Level: 60% von SUV max Chang et al. Radiother Oncol 2011; 99: Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 22

23 Bei optimaler Tracerwahl: Wo liegt die Detektionsgrenze der PET für unbehandelte Tumorzellen in vitro? Menschliche Zelle Lymphozyten Granulozyten Eur J Nucl Med Mol Imaging μm 6 8 μm 8 14 μm Bei einer Zellgröße von 5 μm: 10 5 Zellen in 0.2 mm Zellen in 0.5 mm 3 Bei einer Zellgröße von 20 μm: 10 5 Zellen in 0.9 mm Zellen in 2.0 S e ite mm2 3 In vivo > 10 7 PET Voxel Räumliche Auflösung der PET mm 4 5 mm Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 23

24 Model of the Metabolic Pathways in Prostate Cells Wester HJ et al. Anti-PSMA-MAb VA033C Inh. XPSM-A9 Aptamer Choline Choline FDG Asp Glycolysis Asp Glycolysis PSMA Asp Lipids Glycolysis PSMA? Lipids Glycolysis Zn hzip1 AcCoA OAA AcCoA OAA AcCoA OAA AcCoA OAA CIT CIT CIT ATP CIT ATP Zn Zn Acetate Zn Acetate Zn IsoCIT IsoCIT IsoCIT IsoCIT According to Costello and Franklin Oncology (2000) PSMA = prostate specific membrane antigen, catalytic Zincmetallopeptidase N-acetyl-aspartyl-glutamate dipeptidase Normal Cell Premalignant Cell Malignant Cell De-Differentiated Cell Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 24

25 Eur J Nucl Med Mol Imaging 2011; 38: J Nucl Med 2008; 49: Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 25

26 Standing at the Crossroads: Lokale Radiotherapie der Prostata? Robert Johnson Clarksdale

27 Lokale Radiotherapie der Prostata: nein 1. Die wahre Tumorausdehnung wird durch die Bildgebung unterschätzt. 2. Eine geringe Tumorzelldichte im Präparat führt zu negativen Befunden. 3. Kleine Tumorareale werden nicht detektiert. 4. Es gibt keinen validierten Konturierungs-Algorithmus, weder für die MR- noch für die PET-Bildgebung 5. Fehlende Standardisierung der Bildgebung, erhobene Zahlenwerte damit nicht auf andere Geräte übertragbar Die Strahlentherapie hat die Möglichkeit, Räume von Tumorzellen zu säubern, die letzte clonogene Zelle zu vernichten und eine komplette Remission zu erzielen Aber: dafür muss man auch treffen Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 27

28 Lokale Radiotherapie der Prostata: ja Therapie-Intensivierung auf das Areal mit der höchsten Tumorload (Spitze des Eisberges) Therapie-Intensivierung auf das Areal mit dem höchsten Gleason-Score (Spitze des Eisberges) Risiko einer Mitbestrahlung falsch positiver Areale wird in Kauf genommen, solange dadurch keine erhöhten Nebenwirkungen entstehen Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 28

29 Pinkawa et al. Strahlenther Onkol 2010; 86: Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 29

30 Regionäre Radiotherapie der Prostata ja Radiotherapie des biochemischen Rezidivs des Lokalrezidivs / des lokoregionären Rezidivs ja mpmr- und PET-Bildgebung der konventionellen CT in Sensitivität und Spezifität überlegen Bietet gleichzeitig Einblick in die Tumorbiologie Kein benignes Prostatagewebe als Störfaktor in der Bildgebung Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 30

31 Recurrence T2-w T1-w T1-w Gd FS b=1000 ADC map Courtesy of H Thöny, Bern

32 Recurrence b=1000 ADC map Courtesy of H Thöny, Bern

33 Recurrence b=1000 ADC map Recurrence Courtesy of H Thöny, Bern

34 Recurrence b=1000 ADC map Recurrence No tumor Courtesy of H Thöny, Bern

35 Recurrence b=1000 ADC map Recurrence No tumor Courtesy of H Thöny, Bern

36 Christiane Marx Harriet Thöny Bernd Klaeser Thomas Krause Thilo Weitzel Thomas G. Wendt Karl-Heinz Kloetzer Carsten Hubrich Norbert Blumstein Carsten Boltze Jean Claude Reubi Sven Perner Hagen Geyer Urs Studer Hans-Werner Gottfried Radiologie, Kreiskrankenhaus Greiz Radiologie, Universität Bern & ESUR MR-Guideline Committee Nuklearmedizin, Universität Bern Nuklearmedizin, Universität Bern Nuklearmedizin, Universität Bern Radioonkologie, Universität Jena Radioonkologie, Waldklinikum Gera Praxis für Radioonkologie, Erfurt Radioonkologie Bern & Nuklearmedizin Ulm Pathologie, Waldklinikum Gera Pathologie, Universität Bern Pathologie, Universität Ulm Urologie, Kreiskrankenhaus Greiz Urologie, Universität Bern Urologie, Universität Ulm Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 36

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38 Courtesy of T Weitzel, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 38

39 Courtesy of T Weitzel, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 39

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43 Courtesy of T Weitzel, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 43

44 Courtesy of T Weitzel, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 44

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47 Courtesy of H Thöny, Bern Michael Schmuecking SRG und TGRN 2011 Radebeul mpmr und PET/CT individualisierte Strahlentherapie schon heute? 47