Biologisk avbildning for å optimalisere klinisk målvolum (CTV) og brutto tumorvolum (GTV) konturering i prostatakreft for å forbedre mulighetene for intensitetsmodulert radioterapi (IMRT) doseeskalering

Forslag:

Å undersøke mulighetene for å forbedre avgrensningen av klinisk målvolum (CTV) og brutto tumorvolum (GTV) ved å bruke de nyeste biologiske avbildningsmetodene på 15 pasienter med prostatakreft. Vårt endelige mål er å sette nye GTV- og CTV-definisjoner og redefinere valget av bestrålingsmarginer i Intensity Modulated RadioTherapy (IMRT) for prostatakreft. Prøv videre å oversette de funksjonelle bildedataene til en Tomotherapy IMRT-plan.

Begrunnelse:

Behandlingsresultater etter standarddose ekstern strålebestråling av lokalt avansert prostatakreft er utilstrekkelig. I henhold til RTOG-8531-, RTOG-8610- og EORTC-seriene på T1 til T4-svulster varierer 5-års total overlevelse 60 - 73 % og 5-års sykdomsfri overlevelse 15 - 67 %.

Lokal kontroll kan forbedres ved adjuvant androgenundertrykkelse, 5-års sykdomsfri overlevelse øker betydelig til 36 - 89%. Dessverre forverrer androgenundertrykkelse livskvaliteten betydelig.

Økning av bestrålingsdosen forbedrer også lokal kontroll. Lokal toksisitet, spesielt rektale og blærekomplikasjoner, begrenser imidlertid dosen som kan gis med konform ekstern strålebestråling med populasjonsbaserte usikkerhetsmarginer. Unøyaktighet i oppsett og organbevegelse bestemmer bestrålingsmarginene som trengs. Moderne posisjonsverifiseringsteknikker, f.eks. bruk av fiducial markører i prostata i kombinasjon med megavoltage avbildningsteknikker, tillate en reduksjon av marginene og gir mulighet for doseeskalering i prostata. Studier av IMRT har brukt disse sofistikerte posisjonsverifiseringsteknikkene, og denne tilnærmingen ser ut til å være mulig. En ytterligere reduksjon av marginene, og dermed en mulig ytterligere økning av bestrålingsdosen, kan forventes ved å forbedre avgrensningen av prostatakonturen. Avbildning kan utføres for å avgrense anatomiske strukturer eller biologiske prosesser innenfor den intraprostatiske maligne lesjonen.

CT brukes ofte for anatomiavgrensning, basert på tidlige studier. Selv om bildekvaliteten har forbedret seg gradvis, overvurderer CT dessverre prostatavolumet sterkt. Videre fant Teh et al hos 712 prostatektomipasienter store gjennomsnittlige forskjeller mellom CT-baserte estimater av GTV og PTV og patologisk prostatavolum (PPV). Rasch et al fant et gjennomsnittlig forhold mellom CT- og MR-volumer på 1,4. Også MR-teknikken ble forbedret og gir nå en mye bedre bildekvalitet, f.eks. ved å øke Tesla, ved å bruke de nåværende fasede array-spolene og ved å bruke tynnere skivetykkelse. Nøyaktigheten for å oppdage ekstrakapsulær ekstensjon i prostatakarsinom med endorektal og phased-array coil MR-avbildning når 77 % for erfarne lesere. Konklusjonen er at MR er overlegen CT i GTV-konturering, men MR alene (ved bruk av kombinert T1 SE og T2 TSE) er kanskje ikke tilstrekkelig for visualisering av GTV. Det forventes at biologisk avbildning vil forbedre GTV-avgrensningen ytterligere. Innenfor GTV vil et biologisk målvolum (BTV) bli synlig, noe som kan forbedre effekten av kreftstrålebehandling ytterligere.

I biologisk avbildning har bruken av de forskjellige avbildningsteknikkene ennå ikke blitt utforsket. For tiden er det to viktige temaer. Det første temaet er perfusjon. Ved prostatakreft ser graden av vaskularisering ut til å korrelere med aggressiv atferd og risiko for metastasering. Ved prostatakreft eksisterer det omtrent to ganger så mange mikrokar i det ondartede vevet sammenlignet med normalt vev. Videre, i godartet vev er kapillærene for det meste begrenset til det periglandulære stroma umiddelbart ved siden av epitelet, mens fordelingen i karsinom ser ut til å være mer tilfeldig. Forskjeller i perfusjon har vist seg å korrelere med aktive prostatakreftområder. Dynamisk kontrastforsterket MR er i stand til å vise mikrokartettheten (MVD) i prostata. For det andre er den metabolske aktiviteten ved prostatakreft. Forholdet mellom kolin og kreatin (normal verdi 0,22 +/- 0,13 ppm) avslører metabolsk aktivt prostatakreftvev. Økt kolin og/eller redusert sitrat indikerer prostatakreft. Forholdet mellom kolin og kreatin og sitrat er relatert til Gleason-skåren til svulsten. Avslutningsvis tillater MR og MRS kombinert strukturell og metabolsk evaluering av lokalisering, aggressivitet og stadium av prostatakreft. Det samme kan utføres ved bruk av kombinert CT og PET. Sutinen et al fant klare bevis for å oppdage områder med [11C] kolin ved prostatakreft ved bruk av PET. Så vidt vi vet finnes det ingen data som sammenligner [11C] kolin PET og MRS i prostatakreft. Teknologien for biologisk avbildning er fortsatt i utvikling, og fortsatt fremskritt i nøyaktighet og kan forventes.

Derfor, gitt de nåværende utilstrekkelighetene i teknikkens stand for å definere GTV og CTV i prostatakreft, foreslår vi en studie om prostatavisualisering ved bruk av de nyeste anatomiske og biologiske (metabolske) avbildningsmodalitetene. Å kombinere informasjonen fra forskjellige bildeteknikker ved å introdusere en BTV og gjennom bildefusjon vil sannsynligvis forbedre CTV- og GTV-avgrensningen. Dette vil tillate oss å redefinere valget av marginer. Til slutt vil dette resultere i en forbedret IMRT-plan, der dosemaling og doseeskalering av GTV er det endelige målet. Dette samsvarer med gjeldende uttalelse om strålingsutvikling. Fremgang i funksjonell avbildning vil sannsynligvis gi verktøyene som kreves for individualisert risikotilpasset strålebehandling.

Ved å introdusere en BTV i GTV kan en uensartet CTV-avgrensning brukes og dermed kan marginer minimeres. Dette tillater ytterligere eskalering av dosen. Unøyaktighet i oppsett og organbevegelse bestemmer ytterligere bestrålingsmarginene som trengs. Derfor vil kontroll av dag til dag posisjonsvariabilitet sammen med levering av optimalisert konform bestråling være de neste målene å sette. Helical Tomotherapy er en ny tilnærming til levering av stråling for kreftbehandling, som vil kunne gjøre begge deler. Den er avhengig av en 6 MV lineær akselerator for behandlingsformål og en 3,5 MV-CT-skanning for avbildningsformål. Begge er montert på en ringportal som roterer rundt pasienten når han går gjennom ringen. En 64-blads kollimator definerer strålingsviftestrålen. I en teoretisk studie krevde planene for spiral tomoterapi minimal operatørinteraksjon og resulterte i utmerket sparing av normale strukturer i prostata IMRT. Derfor foreslår vi i denne studien også å smelte sammen de anatomiske og biologiske bildedataene med en Tomotherapy MV-CT og lage en invers IMRT Tomoterapi-plan. Denne planleggingsøvelsen vil gå foran en mulighetsstudie om funksjonell bildediagnostikk og individualisert daglig tilpasset strålebehandling av tomoterapi.

Hypoteser:

• Ved å bruke biologiske (MRS) bildedata og anatomiske (CT og MR) bildedata vil det være mulig å definere en BTV innenfor GTV.
• Ved å introdusere en BTV i GTV kan en uensartet CTV-avgrensning brukes og marginer kan minimeres.
• Det vil være mulig å oversette de sammenslåtte anatomiske og biologiske bildedataene til en klinisk tilstrekkelig Tomotherapy IMRT-plan.

Pasienter og metoder:

Pasienter som skal motta ekstern strålebestråling for prostatakreft (stadium T1-4 N0/x M0), fortrinnsvis ikke behandlet med antiandrogener og uten metallhofteprotese vil bli oppsøkt for å delta i denne pilotstudien. Studien vil bli utført på 15 pasienter som vil få bildediagnostikk i tillegg til strålebehandlingen.

Før behandlingsstart vil pasienter motta en 3T MR (T1 SE og T2 TSE), en MRS som bestemmer kolinkreatinnivået i prostata. Videre vil det bli laget en MV-CT som et forspill til fremtidige posisjonsverifiseringsstudier. Alle bilder (CT, MR og MRS) vil bli matchet. Disse kombinerte dataene vil bli brukt til å bestemme en optimal Tomoterapi IMRT-plan.

Pasientene vil bli behandlet etter gjeldende avdelingsprotokoll. Denne studien er kun en avbildnings-/behandlingsplanleggingsstudie. Ingen endringer i behandlingen vil bli gjort basert på det innhentede bildedatasettet. Risikoen for pasientene vil være ubetydelig. Fra MV-CT ca. 1 cGy. MR vil bli utført uten kontrast (så ingen dynamisk gadoliniumforsterket MR for å evaluere perfusjonsfordeling) for å begrense pasientbyrden og risikoen. Når det gjelder den totale bestrålingsdosen på 7200 til 8200 cGy til pasienten, er denne tilleggsrisikoen ubetydelig. Gjeldende ventetid for pasienten til å starte med strålebehandling er ca. 5 til 6 uker. I denne ventetiden vil avbildningsstudiene bli utført, så deltakelse i studien vil ikke resultere i noen behandlingsforsinkelse for pasienten. MV-CT-skanningen vil ta ca. 30 minutter å utføre og den kombinerte MR/MRS ca. 1 time.

Cross Cancer Institute i Edmonton legger til rette for alle nødvendige bildeteknikker: en 3T MR, MRS og en spiralformet tomoterapienhet (TomoTherapy Inc., Madison).

Det er ikke nødvendig å bestemme spesifisiteten og nøyaktigheten til avbildningsmodalitetene. Avbildningen her er kun ment å hjelpe til med å bestemme de metabolske og anatomiske tumorområdene i prostata. Å savne en svulstdel er ikke et problem ennå fordi hele prostata behandles til den minimale nødvendige dosen. Overdosering på prostatavev er ikke et klinisk problem.