Hintergrund: Nach der Radiotherapie (RT) von Tumoren des zentralen Nervensystems (ZNS) können zerebrale Veränderungen auftreten, die einem Tumorrezidiv ähneln, jedoch Ausdruck von strahleninduzierten Gewebeschäden (radiation-induced damage, RID) sind. RID werden häufig in Pseudoprogress und Radionekrose unterteilt und stellen eine klinische Herausforderung dar, da mit nicht-invasiven Methoden oft nicht zwischen RID und Tumorrezidiv unterschieden werden kann. Bestimmte Hirnareale könnten besonders vulnerabel für die Entstehung von RID sein. Die vorliegende Studie umfasst eine detaillierte Analyse von RID-Läsionen mit histopathologischer Bestätigung mit einem Fokus auf Bestrahlungsparameter und das zeitliche und räumliche Auftreten.
Methoden: ZNS-Tumor-Patientinnen und -Patienten, die nach einer Photonen-RT histopathologisch bestätigte RID entwickelten, wurden identifiziert und demographische, klinische und dosimetrische Daten wurden analysiert. Die RID-Läsionen wurden in der präoperativen Magnetresonanztomographie (MRT) konturiert und zusammen mit den Planungszielvolumina (PTVs) der vorausgegangenen RTs auf einen Standard-MRT-Gehirnatlas registriert und in Form von Häufigkeits-Karten (Frequency Maps) dargestellt. Die Biologisch Effektive Dosis (BED2) und Äquivalentdosis in 2 Gy Fraktionen (EQD22) wurden mit einem α/β-Wert von 2 Gy für das gesunde Hirngewebe berechnet. Der Zusammenhang zwischen der Beteiligung der subventrikulären Zone (SVZ) und der EQD22 wurde untersucht.
Ergebnisse: 33 Patientinnen und Patienten mit 34 histopathologisch bestätigten RID-Läsionen wurden identifiziert und aufgeteilt nach zwei Subgruppen: Hochgradige Gliome (HGGs), die eher mit einer niedrigeren kumulativen EQD22 (Median 60 Gy ohne Boost bzw. 69,3 Gy inkl. Boost) auf ein größeres PTV (Median 203,9 cm3) behandelt wurden und Hirnmetastasen (HMs), die häufiger mehrere RT-Serien mit höherer kumulativer EQD22 (Median 162,4 Gy) auf ein kleineres PTV (Median 6,7 cm3) erhielten. Drei HGG-Patientinnen und -Patienten, die mit einer akzeleriert-hyperfraktionierten RT behandelt wurden, entwickelten trotz vergleichsweise niedriger EQD22 (jeweils 53,3 Gy) bzw. BED2 (106,6 Gy) RID. Die RID zeigten in der HGG-Subgruppe ein frontotemporales Verteilungsmuster, in der HM-Subgruppe hingegen eine Verteilung im gesamten Gehirn. RID-Läsionen mit SVZ-Beteiligung wiesen eine signifikant niedrigere kumulative EQD22 auf als Läsionen ohne SVZ-Beteiligung (p=0,01 ohne Boost bzw. p=0,02 inkl. Boost).
Schlussfolgerungen: HGG-Patientinnen und -Patienten, die mit akzeleriert-hyperfraktionierter RT behandelt werden, können trotz vergleichsweise niedriger EQD22 bzw. BED22 RID entwickeln. Die signifikant niedrigere kumulative EQD22 bei Läsionen mit SVZ-Beteiligung im Vergleich zu Läsionen ohne SVZ-Beteiligung unterstützt die Hypothese, dass die SVZ eine erhöhte Vulnerabilität aufweisen könnte. Das räumliche Verteilungsmuster der RID entsprach überwiegend der typischen Verteilung der bestrahlten Tumoren.
Background: After the radiotherapy (RT) of tumors of the central nervous system (CNS) cerebral changes can occur that resemble tumor recurrence but are rather caused by radiation-induced damage (RID). RID is often classified into pseudoprogression and radiation necrosis and presents a clinical challenge, as it is often not possible to distinguish RID from tumor recurrence with non-invasive methods. Certain brain areas might be particularly vulnerable to the development of RID. The present study comprises a detailed analysis of RID lesions with histopathological confirmation with emphasis on radiation parameters and the temporal and spatial occurrence.
Methods: CNS tumor patients that developed histopathologically confirmed RID after photon-based RT were identified and demographical, clinical and dosimetric data were analyzed. The RID lesions were contoured on the preoperative magnetic resonance imaging (MRI) and were registered to a standard MRI brain atlas and visualized as frequency maps along with the planning target volumes (PTVs) of the prior RT courses. The biologically effective dose (BED2) and equivalent dose in 2 Gy fractions (EQD22) were calculated with an α/β ratio of 2 Gy for healthy brain tissue. The correlation between the involvement of the subventricular zone (SVZ) and the EQD22 was investigated.
Results: 33 patients with 34 histopathologically-confirmed RID-lesions were identified and separated into two subgroups: High-grade gliomas (HGGs) that were rather treated with a lower cumulative EQD22 (median 60 Gy without boost and 69.3 Gy including boost, respectively) to a larger PTV (median 203.9 cm3) and brain metastases (BMs) that more commonly received multiple RT courses with a higher cumulative EQD22 (median 162.4 Gy) to a smaller PTV (median 6.7 cm3). Three HGG patients that were treated with accelerated hyperfractionated RT developed RID despite comparably low EQD22 (each 53.3 Gy) and BED2 (106.6 Gy). The RID in the HGG subgroup showed a frontotemporal distribution, whereas in the HM subgroup a distribution throughout the brain was found. RID lesions with SVZ involvement developed after a significantly lower cumulative EQD2 than lesions without SVZ involvement (p=0.01 without boost and p=0.02 including boost, respectively).
Conclusions: HGG patients that are treated with accelerated hyperfractionated RT might develop RID despite comparably low EQD22 and BED2. The significantly lower cumulative EQD22 in lesions with SVZ involvement compared to lesions without SVZ involvement supports the theory that the SVZ might be a brain region with increased vulnerability. The spatial distribution of the RID mostly corresponded to the typical distribution of the irradiated tumors.
