Radiodiagnostiek in de oncologie en Radiotherapieplanning
Inhoud Röntgenfoto‟s Computer Tomography (CT)
Marcel van Herk
CT CT
in radiotherapie planning in beeldgeleide radiotherapie
Magnetic Resonance Imaging (MRI) CT-MRI registratie en fusie CT-PET and MR-PET
Afdeling Medische Fysica, AMC en Nederlands Kanker Instituut, Amsterdam
Radiodiagnostische technieken
Radiodiagnostiek (Wikipedia)
Diagnostic radiology is concerned with the use of various imaging modalities to aid in the diagnosis of disease. Radiology can be used for therapeutic purposes as well. Interventional radiology uses imaging to guide therapeutic procedures. Radiation therapy uses radiation to treat diseases such as cancer. While originally encompassed within radiology, radiation oncology is now a separate field.
Rontgenfoto‟s
Radiografie (Röntgenfoto‟s) Mammografie Longen
Fluoroscopie CT MRI PET
Mammografie
Standaard voor screening voor borstkanker (1 mGy)
1
Longfoto voor screening: lastig
Fluoroscopie: Röntgenfilmpje
tumor
Hoe werkt een CT scanner CT reconstructie
Gebruik van CT: met name goed voor hoge contrasten
CT reconstructie als filmpje
Diagnose van longtumoren Virtuele endoscopie Met contrast: weergave van bloedvaten
http://splweb.bwh.harvard.edu:8000/pages/papers/frank/virt_endoscopy/endoscopy.html
2
4D CT scans tijdens bestralingsbehandeling
4D CT: voor hart en long Afbeelden van regelmatige beweging
Toont ademhaling, krimp van de tumor en ademniveau variatie
Radiotherapie: hoofdbehandeling voor 50% van kankerpatiënten Tattooeren, uitlijnen en scannen patiënt
CT voor radiotherapie
Uitlijnen patient op tattoos en bestraling (vele fracties)
Voor planning: vaak
samen met PET of MRI CT grijswaarde is recht evenredig met weefseldichtheid: nuttig voor berekenen dosis in de patiënt
De
Intekenen doelgebied en plannen van de behandeling
Eerste probleem: intekenen tumor
- 11 artsen uit 5 instituten, 22 patiënten - Eigen software - Intekenen op CT + (1 jaar later) CT+PET Steenbakkers et al, IJROBP 2005
Beeldgeleide radiotherapie
Inteken variatie: CT versus CT + PET
CT (T2N2)
CT + PET (T2N1)
SD 7.5 mm
SD 3.5 mm Steenbakkers et al, IJROBP 2005
3
Effect van training en samenwerking op intekenen
2e probleem: de patiënt leeft en beweegt – hoe raak je de tumor ?
teacher
students
groups
Materiaal verzameld tijdens ESTRO teaching course on target volume delineation
Beeldgeleide radiotherapie •
1997: bedacht door David Jaffray and John Wong
•
2003: installatie, software ontwikkeling op NKI en testen
•
Sinds 2005 verkrijgbaar met onze software: tegen de 1 millioen patienen behandeld
Beeldanalyse: vergelijking met referentiebeeld referentie-
referentiebeeld (normale CT)
controlebeeld (cone beam CT)
controle-beeld
kleurmengbeeld (niet gematched)
Met David Jaffray, Peter Remeijer, Jan-Jakob Sonke, Anja Betgen, Michel Frenay, Joos Lebesque
Versnelde bestraling van kleine longtumor
Reference
Localization
Versnelde bestraling van kleine longtumor
Reference
Localization
4
Planned dose distribution
Realized dose distribution
2 cm
9 mm margin - is more than adequate even with 2 cm tumor motion
MRI
Prostaat beweging op twee tijdschalen
Werkt door het meten van de spin van protonen (in water) in het lichaam. De spin treedt op omdat de protonen zich als kleine magneetjes gedragen en is met name goed te meten in een zeer sterk magneetveld: er wordt van 1.5 T of 3 T gebruikt. Het beeld ontstaat doordat de spin sneller of minder snel afneemt (T1, T2) in verschillende weefsels: er worden chemische karakteristieken gemeten
van dag tot dag (12 dagen totaal)
van minuut tot minuut (1 uur totaal)
Met Joos Lebesque, Adriaan Touw, T. Shouman, Guus Kroes, Josien de Bois, Mischa Hoogeman, David Jaffray, Michael Ghilezhan
Zoek de verschillen
Zoek de verschillen
MRI scans van patiënt met hersentumor voor en na bestraling (AMC)
Probleem: patiënt ligt niet precies hetzelfde
In dit klinische geval is een kleurmengbeeld niet erg duidelijk
Met Lukas Stalpers, Remmet Jonges, Charles Majoie, Erik-J Vlieger, Erik Akkerman, Ard den Heeten
5
Tijdserie als filmpje: een 4D opname
Groeit de tumor? morfometrie
PET
Positron Emissie Tomografie
PET
Positron Emissie Tomografie
511 kv foton
e+
e+
18FDG
18FDG
511 kv foton
Detector ring (cylinder) (coincidentie detector)
PET
Positron Emissie Tomografie
18FDG
PET
Positron Emissie Tomografie
18FDG
Voordeel: kan zeer kleine hoeveelheiden tracer detecteren Nadeel: resolutie beperkt
6
Lymph node staging using PET
PET - CT fusion
Atalactasis 3.5 cm
Advanced imaging: 4D PET/CT
PET signal can be used to predict survival Disease specific survival 1.0
SUV < 15
.8
.8
Overall survival
SUV < 15 .6
.4
SUV > 15 .2
p < 0.001 0.0 0
10
0Time (months)17 Time (months)
20
30
40
30
Cumulative survival
Disease- specific survival
1.0
Cumulative survival
Shows correct tumor shape and its components
Overall survival
Shows range of respiratory motion
.6
.4
SUV > 15
.2
p < 0.001
Allows optimal planning of treatment taking motion into account
0.0
50
60
60
0
10
20
0 17 Time (months) Time (months)
30
30
40
50
60
60
Borst et al, JCO 2006
Pathologie validatie (NKI/ MAASTRO/OLVG) Gilhuijs, Stroom and Boersma 34 geopereerde longkanker patiënten CT
18F-FDG
Kan je alles zien ? Macroscopical
PET
Pre-op :
CT, PET
Post-op :
Pathologie
Analyse :
1361 glaasjes
•
Er zijn vaak kleine tumoruitbreidingen (< 1 mm) die je niet kan zien op CT, MR of PET
•
Daarom wordt er vaak een extra marge genomen voor de bestraling
•
Maar de kennis hierover is beperkt
Microscopical
7
Echte data: microscopische uitbreidingen in vroeg stadium longkancer N=32
100
30% van de patienten with kleine longtumoren (nu stereotaktisch bestraald) hebben tumorcellen op 15 mm afstand
90 80
% cases with extensions
Big data mining: is de dosis buiten de prostaat gerelateerd met het resultaat ? detecteren van onzichtbare tumoruitbreiding in historische data
70 60
100% 50
Deformation corrected
40
prostate
50% 25%
30 20 10
Dosis verschilt door:
0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
- randomizatie
distance from GTV [mm] Maar dat gebied wordt per ongeluk bestraald
Slide courtesy of Gilhuijs and Stroom, NKI
Mappen van de dosisverdeling naar een standaard patiënt
Data mining: waar zit mischien tumor in hoge risico prostaatpatiënten ?
≈ 7 Gy p = 0.02
Moderne radiotherapie is zeer precies
Welke vragen kan functional imaging beantwoorden:
= PSA failures
1.0 100%
≥ median
Free from any failure
PSA controls
- behandeling
Belang van “functional imaging”
Average dose no failures – average dose failures
-
- anatomie
0.8 80%
Waar is de tumor precies?
Kunnen we iets zeggen over de prognose?
Is de tumor homogeen?
Moeten bepaalde structuren worden ontzien?
Kunnen we bepaalde structuren „opofferen‟?
Kunnen we de schade aan normale weefsels meten?
0.6 60% 0.4 40%
< median (53.1 Gy)
0.2 20%
p = 0.000
Treatment group IV, Hospital A (n=67) 0.0 0%
Witte et al, IJROBP2009; Chen et al, ICCR2010
0
0
12
24
36
3
48
Time (months)
Functional imaging met MRI
60
72
6Y
MRI spectroscopie om de dominante tumorhaard in de prostaat te vinden
8
Conclusies
Diagnostiek heeft vele mogelijkheden en maakt zeer gerichte bestraling mogelijk, maar ook nog steeds veel beperkingen: gouden standaard is openmaken of prikken om diagnose te stellen!
Er zijn soms tumoruitbreidingen die niet te zien zijn op scans maar die toch te groot zijn om op chemotherapie te reageren: streven naar steeds hogere resolutie
Rontgenfoto‟s nog steeds gebruikt CT goed voor hoge constrasten + beeldgeleiding MRI goed voor zachte weefsels en weefselkarakterisering PET goed om tumor aan te tonen
Us
Modern radiotherapy
9
