Einstellungsgenauigkeit und Lagevariabilität des Zielvolumens bei markerbasierter bildgestützter perkutaner Strahlentherapie des lokalisierten Prostatakarzinoms und Strategien zur Erhöhung der Präzision

Abstract

Die Behandlung von Patienten mit Prostatakarzinomen kann derzeit in einem früheren Risikostadium beginnen und mit vergleichsweise höherer Wahrscheinlichkeit zur Kuration führen. Die angestrebte langfristige PSA- Kontrolle des Prostatakarzinoms erfordert die Anwendung hoher Strahlendosen, die jedoch durch die Dosisbelastung der Nachbarorgane limitiert werden. Ein wesentlicher Parameter ist der Sicherheitsabstand zwischen PTV und CTV. Dieser wiederum kann durch eine hochpräzise Positionierungstechnik reduziert werden. Insbesondere bildgestützte Bestrahlungsverfahren sind dazu geeignet und genügen dadurch den modernen Ansprüchen einer dosiseskalierten nebenwirkungsarmen Behandlungsmethode. Dabei ist die Lagerungsgenauigkeit des Patienten alleine häufig nicht ausreichen, weil auch die Prostatabewegung signifikant zu Ungenauigkeiten beiträgt. An der Klinik für Strahlenheilkunde der Charité sollte ein Protokoll zur Lagerungskontrolle implementiert werden, um dessen Anwendbarkeit und Sicherheit zu prüfen und die institutionsspezifische Positionierungsgenauigkeit zu bestimmen. In einer Gruppe von Patienten mit lokalisiertem Prostatakarzinom, die mit 3D-konformer Strahlentherapie behandelt wurden, implantierten wir dazu intraprostatische Goldmarker. Die Bildführung erfolgte mittels MV-Portal-Imaging. Wir konnten die problemlose Durchführbarkeit der gewählten Methodik aufzeigen. Für den unkorrigierten Gesamtfehler berechneten wir die notwendige CTV-PTV Sicherheitssäume von 7,0 mm (LR), 9,5 mm (SI) und 9,5 mm (AP). Durch wöchentliche Korrektur ließen sich die die Sicherheitsabstände auf 6,7, 8,2 und 8,7 mm reduzieren. Für simulierte tägliche Kontrollen könnten diese darüber hinaus bis auf 4,9, 5,1 und 4,8 mm gesenkt werden. Analysen einer weiteren Patientenkohorte erfolgten nach täglicher vor Bestrahlungsbeginn Online vorgenommener Repositionierung anhand interner Marker über ein implementiertes röntgenbasiertes automatisiertes Repositionierungssystem (ET/NB). Dadurch ließ sich der Restfehler auf <2 mm verringern. Der verbleibende Restfehler entsteht durch intrafraktionelle Bewegung der Prostata sowie durch verbleibende Ungenauigkeiten wie geometrische / mechanische Unsicherheiten, Drehfehler und Ungenauigkeiten der Bildverarbeitung. Unsere Analyse der Restfehler zeigte, dass diese individualisiert (Patientenabhängig / Institutsabhängig) auftreten können. Die vorliegende Arbeit ermöglichte eine Reevaluation der Sicherheitsabstände und konsekutiv deren deutliche Verringerung. Drehfehler können komplizierend hinzu. Diese folgen in der untersuchten Patientenkohorte annähernd einer Standardverteilung und korrelierten nicht signifikant mit Verschiebungsfehlern. Anhand unserer Messungen konnten wir einen, durch das verwendete Positionierungssystem induzierten systematischen Fehler ausschließen, der zunächst in der Literatur vermutet worden war. Die in unserer Institution als Standard implementierte bildgestützte dosiseskalierte intensitätsmodulierte Strahlentherapie des lokalisierten Prostatakarzinoms erfordert Behandlungszeiten von etwa 15 min. und die Rolle der intrafraktionellen Beweglichkeit gewann Bedeutung. Wir untersuchten in einer weiteren Patientengruppe die intrafraktionell auftretenden Fehler. Diese entstehen nach initialer Korrektur der Verschiebungs- und Drehfehler, betragen etwa 2 mm, und weisen wesentliche individuelle Unterschiede auf. Dieser Fehler lässt sich nur aufwendig, z.B. durch Trackingmethoden oder robotassistierte hypofraktionierte Bestrahlungstechniken korrigieren und muss durch Anpassung der Sicherheitssäume ausgeglichen werden. Die Lage des Zielorgans der Prostata und dessen Verschiebung hängen von der Position der umgebenden Organe ab, die in hohem Masse von Füllung oder Dehnung, insbesondere des Mastdarms und in einen geringen Grad der Blase beeinflusst wird. Theoretisch könnte die Verlagerung der Prostata reduziert werden kann und an Bedeutung verlieren, wenn eine konstante und reproduzierbare Organfüllung aufrechterhalten werden könnte. Wir etablierten durch sorgfältige Patienteninstruktion eine gut definierte Referenzsituation von entleertem Mastdarm und reproduzierbarer Blasenfüllung von einigen hundert Milliliter. In der Literatur zur IGRT der Prostata werden diese patientenabhängigen Faktoren häufig nicht angegeben, damit fehlen Daten zur Abhängigkeit der Prostataverschiebung von der Patientenvorbereitung. Unter klinischen Bedingungen ist die Markerimplantation nicht nur ein zusätzliches invasives Verfahren (mit zusätzlichem Risiko), sondern auch zeitaufwendig und teuer. Wir untersuchten deshalb in einer nächsten Arbeit die die Frage, ob und in welchem Umfang die Prostatabewegung durch entsprechende Anleitung der Patienten reduziert werden kann. Wir berechneten die Sicherheitsabstände für bildgestützte Bestrahlung alleinig anhand der knöchernen Beckenstrukturen auf 2 mm in RL, 4 mm in AP, und 5 mm in SI. Dieses Verfahren erwies sich damit als beinahe so erfolgreich wie die markerbasierte Führung. Weitere markerbasierte Studien sind erforderlich, um die optimale Strategie zur Minimierung der inter-und intrafraktionellen Bewegung und die Rolle der IGRT zu klären und Methoden oder Technologien zur Verbesserung der klinischen Ergebnisse zu entwickeln. Zusammenfassend erlaubt die bildgestützte Bestrahlungsmethode mittels intensitätsmodulierter Strahlentherapie dosiseskalierte Schemata bei geringeren Sicherheitsabständen. Der Nachweis signifikanter Unterschiede bezüglich des biochemische Rezidivfreiheit oder der Spättoxizität stehen noch aus.

The treatment of patients with prostate cancer currently starts in an earlier risk stage and leads with a relatively higher probability to curation. The targeted long-term PSA control of prostate cancer requires the application of high doses of radiation, which, however, are limited due to the dose loading of neighboring organs. An essential parameter is the safety distance between PTV and CTV, which can be reduced by high-precision positioning technology. In particular, image-based Irradiation methods are suitable for this purpose and thereby satisfy the modern claims of a dose-escalated treatment with low side effects. The positioning accuracy of the patient alone is often insufficient, because the prostate movement also contributes significantly to inaccuracies. At the Medical Hospital for Radiotherapy of Charité, a protocol should be implemented with respect to its applicability and safety. Furthermore, the institution-specific positioning accuracy should be determinated. In a group of patients with localized prostate cancer, who were treated using 3-dimensional Radiotherapy and implanted intraprostatic Gold markers. The image guidance was carried out by means of MV portal imaging. We could demonstrate the feasibility of the chosen methodology. Without correction, we calculated margins of 7.0 mm (LR), 9.5 mm (SI) and 9.5 mm (AP). By weekly corrections, the safety distances could be reduced to 6.7, 8.2 and 8.7 mm. For simulated daily controls, these could be lowered up to 4.9, 5.1 and 4.8 mm. Analyzes of another cohort of patients were performed daily start of irradiation Online repositioning using internal markers via an implemented x-ray based automated repositioning system (ET / NB). This allowed the residual error to be reduced to <2 mm. The remaining residual error is caused by intrafractional movement of the prostate and by remaining inaccuracies such as geometric / mechanical uncertainties, rotation errors and inaccuracies of image processing. Our analysis of residual errors showed that these occur in an individualized way (depending on the patient / institution-dependent) The present work allowed a re - evaluation of the safety distances and consecutively their significant reduction. Rotational errors can be complicated. These follow in the examined patient cohort approximates a standard distribution and does not correlate significantly with shift errors. Based on our measurements, we were able to to rule out that the used positioning system induced systematic errors, which was initially suspected in the literature. The image-based dose-scale implemented in our institution as a standard requires intensity-modulated radiotherapy of localized prostate cancer Treatment times of about 15 min. and the role of intrafractional mobility gained importance. We examined the patients in another patient group intrafractionally occurring errors. These arise after initial correction of the displacement and rotation errors amount to about 2 mm, and have substantial individual differences. This error can only be corrected costly, e.g. by tracking methods or robot-assisted hypofractionated radiation techniques and must be compensated by adjusting the safety margins. The location of the target organ of the prostate and its displacement depend on the position of the surrounding organs, which depends to a great extent on filling or stretching, especially of the rectum and in a small degree of the bladder. Theoretically, the displacement of the prostate gland could be reduced and loose meaning when a constant and reproducible organ filling could be maintained. We established through careful patient instruction bladder filling of a few hundred milliliters. In the literature on the IGRT of the prostate these patient-dependent factors are often not indicated, thus missing data on the dependence of prostate displacement on patient preparation. In clinical conditions, the marker implantation is not just an additional one invasive procedure (with additional risk), but also time consuming and expensive. Therefore, in a next work we examined the question of whether and in which scope the prostate movement can be reduced by appropriate guidance of patients. We calculated the safety margins for image-guided irradiation solely based on the bony pelvic structures on 2 mm in RL, 4 mm in AP, and 5 mm in SI. This process proved to be almost as successful as the marker-based leadership. Further marker-based studies are needed to complete the optimal strategy for minimizing inter- and intrafractional movement and the role of the IGRT to clarify methods or technologies to improve the clinical results. In summary, the image-based irradiation method allows dose-escaled intensity-modulated radiation therapy schemes at lower safety distances. The detection of significant differences in biochemical recurrence or late toxicity stand still out.