MR inom strålterapi forskning i framkant och vision Dose painting och Adaption. Tufve Nyholm

Transkript

1 MR inom strålterapi forskning i framkant och vision Dose painting och Adaption Tufve Nyholm

2 Cancer behandling Läkemedel Kirurgi Strålterapi System behandling Lokal binär behandling Lokal stokastisk behandling

3 Stokastisk behandling Probability for kill Dose D Dose S Number of cells S 0 Initaial number of cells K - Constant

4 Stokastisk behandling Densitet Dose Position Position

5 Strålterapi Dos Hur optimerar vi detta? Hur lägger vi upp studier? Position Kvantitativ imaging Densitetsfördelning? Radioresistensfördelning? Proliferationshastighetsfördelning? Metastaseringspotensialsfördelning? Abstrakt parameter som visar sig vara effektiv?

6 Upplägg på föreläsningen Målet TID Identifiera Prognostiska markörer Hypotes Prediktiva markörer Testa Hypoteserna

7 Prognostiska vs prediktiva markörer ANTHONY V. D AMICO et al Gleasonsumma 8-10 Gleasonsumma < 8

8 Prognostiska vs prediktiva markörer Tjänar på behandling Tjänar inte på behandling

9 TID Identifiera Prognostiska markörer Hypotes Prediktiva markörer Testa Hypoteserna Två exempel Hjärntumörer Prostata

10 TID Identifiera Prognostiska markörer Hypotes Prediktiva markörer Testa Hypoteserna Galbán et al. 2009

11 TID Identifiera Prognostiska markörer Hypotes Prediktiva markörer Bättre prognos Testa Hypoteserna Standardbehandlingen är okay Dålig prognos Det kanske skulle gå bättre med annan behandling

12 TID Identifiera Prognostiska markörer Hypotes Prediktiva markörer Bättre prognos Testa Hypoteserna Standardbehandling Dålig prognos Randomisering Experimentell behandling

13 Problem Långtidsöverlevare även i dålig prognos gruppen. Svårt att testa helt ny behandling.

14 TID Identifiera Prognostiska markörer Hypotes Prediktiva markörer Testa Hypoteserna Två exempel Hjärntumörer Prostata

15 TID Identifiera Prognostiska markörer Hypotes Prediktiva markörer Testa Hypoteserna Joseph et al. IJROBP 2008

16 TID Identifiera Prognostiska markörer Hypotes Prediktiva markörer Testa Hypoteserna Lokala återfall efter strålterapi vid prostatacancer: Ofta men inte alltid i dominant lesion Chopra et al., IJROBP (3), p. e441-e448

17 TID Identifiera Prognostiska markörer Hypotes Prediktiva markörer Testa Hypoteserna Den dominanta lesionen kräver mer behandling är resten av prostata

18 TID Identifiera Prognostiska markörer Hypotes Prediktiva markörer Flame studien Testa Hypoteserna 77 Gy till hela prostata 95 Gy till dominant lesion identifierad med MR Biverkningsneutral med avseende på rektum, alltså <= 95 Gy Van der Heide et al. Future Medicin (2011)

19 Problem Om man bara ger boost Hur tolkas en förbättrad lokal kontroll? 77 Gy till hela prostata 77 Gy till hela prostata + 18 Gy till dominant lesion Kommer att ge bättre kontroll Kommer att ge mer biverkningar 77 Gy till hela prostata 70 Gy till hela prostata + 25 Gy till dominant lesion Kan ge både bättre kontroll och färre biverkningar

20 Att lägga upp studier Dose painting

21 Doseskalering LONG-TERM RESULTS OF THE M. D. ANDERSON RANDOMIZED DOSE-ESCALATION TRIAL FOR PROSTATE CANCER Kuban et al. Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys 2008

22 Dose painting Målsättning Sannolikheten för kontroll TCP Sannolikheten för komplikation NTCP

23 The effect of low sensitivity Sensitivity: probability that a tumour voxel is classified as tumour-bearing. 1 Sensitivity: probability that a tumour voxel is falsely classified as tumour-free. Consequence: potentially underdosage Typical sensitivities: Single modality physiology (MRI, CT): 0.7 Single modality functional (fmri, CT, PET): Combined modalities: Courtesy: Markus Alber and Daniela Thorwarth

24 Enkel modell Frisk vävnad Tumör

25 Modellening Tumor control probability som funktion av dose to target Ungefär där vi ligger idag Homogenous dose TCP Average dose to target (Gy) Botar ingen Botar alla Biverkningar!

26 Modellering Homogenous dose TCP Boost strategi Average dose to target (Gy) Vi ger 20% mer dos till de delar som klassas som tumör Fråga 20% av volymen är tumör Kan vi då sänka medeldosen?

27 Modellering Targetvolym Homogenous dose Sens, Spec = 1 TCP Average dose to target (Gy) Dosfördelning

28 Modellering Targetvolym 1 TCP Homogenous dose Sens, Spec = 1 Sens, Spec = Average dose to target (Gy) Dosfördelning

29 Modellering Targetvolym TCP Homogenous dose Sens, Spec = 1 Sens, Spec = 0.9 Sens, Spec = 0.7 Alltså Eventuell vinst med boost behandlingar är helt avhängigt sensitiviteten in bestämningen av boostvolymen Average dose to target (Gy) Dosfördelning Fråga: Använde vi oss av den optimala boost strategin? Det vill säga hur stor ska boost dosen vara i relation till medeldosen?

30 Modellering Optimum boost dose % Tumor 30% Tumor 10% Tumor Sensitivity/Specificity 10% tumör 50% tumör

31 Flame studien Optimum large foci, sens = 0.9 FLAME Optimum large foci, sens = 0.75 Courtesy: Markus Alber and Daniela Thorwarth

32 Modelling Tumör celler i alla volymer olika densitet TCP Homogenous Dose 10% Boost 20% Boost 30% Boost Average dose to target (Gy) 10 x Boost cutoff Cell density Voxel

33 Tack!

34 Van der Heide et al. Future Medicin (2011) Flame studien

35 Sammanfattning studier Dosepainting Det är inte lätt att designa studier För optimistisk intervention kan leda till negativa resultat Pessimistisk intervention kräver stora patientgrupper Alltså: Mycket eftertanke krävs vid design av dosepainting studier Pågående studier prostata NCT (25) Biverkningar NCT (566) 5 år biokemisk kontroll NCT (65) Biverkningar NCT (110) Lokal kontroll

36 Initial studies ADC Ktrans FLT-PET T1 T2 NAA/Cr

37 Initial studies Prognostiska faktorer? Prediktiva faktorer?

38 Vad kan en MR användas till inom strålterapi? T2w MRT Bestämma target volymen CT

39 Vad kan en MR användas till inom strålterapi? Bestämma target volymen Underlag för planering av behandling

40 Vad kan en MR användas till inom strålterapi? Bestämma target volymen Underlag för planering av behandling Rikta strålningen under behandling

41 Vad kan en MR användas till inom strålterapi? Bestämma target volymen Underlag för planering av behandling Rikta strålningen under behandling Underlag för Adaption och dose painting Galbán et al. 2009

42 The classification problem "Sensitivity" measures the precision of a binary classification: the uncertainty about the true nature of the voxel is amplified. Korporaal et. al: The use of probability maps to deal with the uncertainties prostate cancer delineation. R&O, 94 (2010), Courtesy: Markus Alber and Daniela Thorwarth

43 Vad är det som vi vill ha? Densitetsfördelning? Radioresistensfördelning? Proliferationshastighetsfördelning? Metastaseringspotensialsfördelning? Abstrakt parameter som visar sig vara effektiv?

44 MR CT Arbetsflöde Targetritning Dosritning Behandlingsplanering/ Dosplanering MR PET/MR

45 MR CT Arbetsflöde Targetritning Registrering Dosritning Behandlingsplanering/ Dosplanering MR PET/MR

46 Geometriska fel McJURY et al. BJR 2011 Registreringar Patientupplägg Distorsioner

47 Patientupplägg och fixation Hanvey et al. Phys Med Biol Fanny Bertilsson, Umeå institute of design Spolhållare och platt bord med rätt hårdhet

48 MR only radioterapi MR PET/MR Substitut CT (S-CT)

49 S-CT

50 Attenuation correction S-CT Soft tissue An attenuation correction method for brain PET/MRI based on substitute CT images Anne Larsson, Adam Johansson, Jan Axelsson, Tufve Nyholm, Thomas Asklund, Katrine Riklund, Mikael Karlsson Submitted MAGMA

51 Attenuation correction S-CT Soft tissue An attenuation correction method for brain PET/MRI based on substitute CT images Anne Larsson, Adam Johansson, Jan Axelsson, Tufve Nyholm, Thomas Asklund, Katrine Riklund, Mikael Karlsson Submitted MAGMA

52 CT Image for target definition Treatment planning MR PET/CT Treatment PET/MR

53 Image for target definition CT Treatment planning MR UTE s-ct calculation s-ct PET/CT Treatment PET/MR

54 Evaluation of an attenuation correction method for PET/MR imaging of the head based on substitute CT images Anne Larsson et al. Magma (2012) Imaging Treatment planning CT MR PET/CT PET/MR Attenuation correction Treatment planning

55 Thank You! Research group Mikael Karlsson Jörgen Olofsson Magnus Karlsson Joakim Jonsson Adam Johansson Patrik Brynolfsson Tufve Nyholm Jon Hauksson Björn Zackrisson Thomas Asklund Karin Söderström Per Bergström Markus Thomasson Katrine Åhlström Riklund Richard Birgander Johan Trygg David Nilsson Anne Larsson Jan Axelsson

56

57 MR CT Arbetsflöde Targetritning Dosritning Behandlingsplanering/ Dosplanering MR PET/MR