Klinische Untersuchungen zum Einsatz der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) in der Zielvolumendefinition bei der Bestrahlungsplanung

Abstract

Zielsetzung: Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Stellenwerts der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) für die Zielvolumendefinition am Beispiel unterschiedlicher Tumorentitäten sowie unterschiedlicher Tracer unter Berück¬sichtigung einer eventuellen Vorbehandlung der Patienten. Methoden: Insgesamt umfasste das Studienkollektiv 109 Patienten, bei denen 112 Zielvolumina ausgewertet wurden. Bei 48 Patienten mit Schädelbasis-meningeomen (SBM) sowie 42 Patienten mit Meningeomen sonstiger Lokalisation (SOM) wurden nach fraktionierter stereotaktischer Bestrahlung die makroskopischen Zielvolumina (SBM, n=48; SOM, n=39) basierend auf Magnetresonanz-/Computertomographie MRT/CT und 68Ga-DOTATOC-PET retro- spektiv miteinander verglichen. Zusätzlich erfolgte bei 19 Patienten mit Leber-metastasen bei kolorektalem Karzinom (LM-CRC) nach durchgeführter CT- gestützter Brachytherapie (n=25) ein retrospektiver Vergleich der klinischen Ziel-volumina (CTV) basierend auf MRT/CT und 18F-FDG-PET. Die räumliche Übereinstimmung der Zielvolumina wurde mit Hilfe des Dice-Übereinstimmungs- Koeffizienten (DSC) bestimmt. Die Abhängigkeit des DSC von der Tumorentität sowie einer eventuellen Vorbehandlung wurde mit Hilfe des allgemeinen linearen Modells (GLM) untersucht. Metrische Parameter werden als Median (25%-/75%-Quartil) angegeben. Ergebnisse: Für das Gesamtkollektiv betrug das PET-basierte Zielvolumen 24,1 (10,8/51,2) ml und war gegenüber dem MRT/CT- basierten Zielvolumen von 20,8 (8,6/45,0) ml um 18,9% (-3,6%/62,7%; p<0,001) signifikant erhöht. In der Subgruppe der LM-CRC war das PET-basierte Zielvolumen um 24,4 % (0%/71,4%; p=0,021) und bei den Patienten mit SBM um 23,9% (-1,7%/65,7%; p=0,003) signifikant erhöht, während sich bei den SOM eine nicht signifikante Differenz von 8,0% (-3,6%/51,7%; p=0,199) zeigte. Der DSC für die PET- und MRT/CT-basierten Zielvolumina betrug für das Gesamtkollektiv 0,66 (0,46/0,76) und variierte zwischen 0,65 (0,46/0,71) in der SBM-Gruppe, und 0,70 (0,40/0,79) in der SOM-Gruppe. In der Gruppe der LM-CRC wurde bei Patienten mit lokaler Vorbehandlung ein signifikant niedrigerer DSC von 0,62 (0,41/0,66) im Vergleich zu 0,84 (0,70/0,96) bei den Patienten ohne lokale Vorbehandlung beobachtet (signifikante Interaktion im GLM, p<0,001). Dagegen zeigte sich bei den Patienten mit SBM und SOM kein signifikanter Einfluss einer Vorbehandlung. Retrospektiv wiesen LM-CRC-Patienten mit unvollständiger Dosisabdeckung des PET-CTVs (<95%) eine signifikant höhere lokale 9-Monate- Progressionsrate (9/15 vs. 1/3; p<0,05) auf. Schlussfolgerung: Die Zielvolumina von PET und MRT/CT zeigten klinisch relevante Unterschiede bezüglich Größe und Lage (DSC<0,7) für die untersuchten Tumorentitäten. Die Zielvolumina-Übereinstimmung wurde in Abhängigkeit der jeweiligen Tumorentität unterschiedlich stark durch eine Vorbehandlung beeinflusst (signifikante Wechselwirkung). Die erhöhte Progressionsrate bei unvollständiger Dosisabdeckung des PET-basierten Zielvolumens bei den Patienten mit Leber- metastasen legt die Schlussfolgerung nahe, dass die Berücksichtigung der PET in der Zielvolumendefinition möglicherweise zu einer verbesserten lokalen Tumor-kontrolle bzw. zu einem Überlebensvorteil führt. Prospektive Studien mit hohen Fallzahlen sind erforderlich, um diese Hypothese zu bestätigen.

Aim: The aim of the present study was to evaluate the clinical value of positron emission tomography (PET) for target volume definition in different tumor entities using different tracers and taking pretreatment of patients into account. Methods: The study collective comprised 109 patients with 112 target volumes. In 48 patients with skull base meningiomas (SBM) and 42 patients with meningiomas of other localizations (SOM) undergoing fractionated stereotactic radiation therapy the gross tumor volumes (SBM, n=48; SOM, n=39) based on magnetic resonance imaging/computed tomography (MRI/CT) and 68Ga- DOTATOC-PET were compared retrospectively. Additionally, in 19 patients with liver metastasis from colorectal cancer (LM-CRC) treated in 25 CT guided brachytherapy sessions the clinical target volumes (CTV) either based on MRI/CT or 18F-FDG-PET were compared retrospectively. The spatial agreement of the target volumes was analyzed using the Dice similarity coefficient (DSC). The association of DSC, tumor entity and pre-treatment was analyzed using the general linear model (GLM). Metric parameters are given as median (25th/75th- quartile). Results: In the complete patient sample the PET based target volume was 24.1 (10.8/51.2) ml and, thus, significantly (p<0.001) increased by 18.9% (-3.6%/62.7%) compared to the MRI/CT based target volume of 20.8 (8.6/45.0) ml. In the subgroup of LM-CRC, the PET based target volume was significantly increased by 24.4% (0%/ 71.4%; p=0.021), and in patients with SBM it was increased by 23.9%(-1.7%/65.7%; p=0.003) whereas in SOM the difference of 8.0% (-3.6%/51.7%; p=0.199) was not significant. The DSC for PET and MRI/CT based target volumes was 0.66 (0.46/0.76) in the whole study group and varied between 0.65 (0.46/0.71) in patients with SBM and 0.70 (0.40/0.79) in patients with SOM. In pre-treated patients with LM-CRC a significant lower DSC of 0.62 (0.41/0.66) was observed in comparison to 0.84 (0.70/0.96) in untreated patients (significant interaction in GLM, p<0.001). In contrast, in patients with SBM and SOM no significant effect of pretreatment was observed. LM-CRC- patients with incomplete dose coverage of the PET-CTVs (<95%) showed a significant higher local 9-month-progression rate (9/15 vs. 1/3; p<0.05) by retrospective analysis. Conclusion: The target volumes either based on PET or MRI/CT showed clinically relevant differences with respect to size and overlap (DSC<0.7) for all the analyzed tumor entities. The association of target volume agreement and pretreatment varied between different tumor entities (significant interactions). As incomplete dose coverage of PET-CTVs in colorectal liver metastasis was indicative of early onset of local progression, the use of PET in target volume definition may be associated with improved local tumor control as well as improved patient survival. Prospective studies with sufficiently high patient numbers are required to verify this hypothesis.