Holger Sköldborns stipendium. Axplock från 45 års verksamhet av fysik för strålterapi: Kunskaps- och teknikutveckling

Transkript

1 Holger Sköldborns stipendium Karl-Axel Johansson Sahlgrenska Universitetssjukhus Axplock från 45 års verksamhet av fysik för strålterapi: Kunskaps- och teknikutveckling Presentation vid Radiofysikdagen 25 nov. 2009

2 Axplock från 45 års verksamhet av fysik för strålterapi: Kunskaps- och teknikutveckling Med patienten i fokus beskriva utvecklingen av och samverkan mellan utrustning dosimetri dator/programvara tumör/normalvävnads modeller vid extern strålterapi

3 Extern strålbehandling Sahlgrenska Sjukhuset, utrustning 1965 En linjäraccelerator 5 MV En betatron 35 MeV Två 60-Co apparater En simulator Tre 200 kv röntenterapi En 100 kv röntgenterapi Dosimetri Farmer Jonisationskammare Protocoll HPA (1964) kalibr 2 MV NPL ICRU 14 (1969)

4 Utrustning 1965 Dator/programvara Acta oncologica 1963 Isodose curves of cobalt beams were measured in water and these field were transferred to digital form. Matrices were then punched on paper tape The contour of the body cross-section was drawn on transparent paper and a co-ordinate system was defined The software has only 1500 instructions. A simple algorithm was used

5 Tumör/normalvävnads modeller Strandqvists diagram, 1944, Hudnekros Bot hudcancer 0.22 D = 22.5 * T Radiation effect depends only on the total dose and overall time. If then the fractions are in the main separtion by 24 hr it is clear that it matters very little if the fractional doses are of variable size or if somewhat longer intervals occur OTT in days

6 Linac utveckling: principer 1920-talet, magnetronens utveckling under 1940-talet Newcastle Upon Tyne 1953 Firsta patient 1956 Sahlgrenska 1964 Elekta 2007

7 Vad innebar övergången? 200 kv -> Högenergi fotoner djupdos huddos fältstorlek energiabsorption RBE Paradigmskifte Patienten Dos till tumör och normalvävnad behandlingsvolym dosfördelning dosplanering överlevnad strålreaktion Fletcher GH. R&O 1988 The split-course technique became popular through 1960 s, Since in addition to minimizing acute reactions it was felt that shrinkage of the tumor during the rest period would improve reoxygenation.

8 Var det bra med split-course tekniken? THE HAZARD OF ACCELERATED TUMOR CLONOGEN REPOPULATION DURING RADIOTHERAPY H. R. WITHERSJ.. Et al Acta Oncologica 1988 Svaret: Nej, p.g.a. repopulation I tumören och ingen vinst för normalvävnad OTT >28 dagar försämras tumöreffekten med % per dag Vad göra? Flera fraktioner per dag med doser < 2 Gy. hyperacceleration Horiot 1992 EORTC studie H&N tumörer

9 Var och för vad gäller sambanden? Tumör, normalvävnad, sena eller tidiga stråleffekter? 0.22 Strandqvists ekv. D = 22.5 * T Ellis modell 1969 LQ modell Douglas et al 1976 d BED = D (1+----) α/β NSD LQ Akut effekt α/β > 10 Sen effekt α/β c:a 3

10 Fungerar LQ modellen och är parametrar kända? Överlevnad (black line CF, grey line AF) ARTSCAN, svensk H&N studie patienter accel. fraktionering AF mot konventionell fraktionering CF Design: Förväntad skillnad tumörkontroll 5-8 % enligt LQ modell med OTT korrektion LQ modellen har begränsningar för doser < 1 Gy resp. > 10 Gy per fraktion α/β värdet osäkert, korrektion för repopulation osäker

11 CT Hounsfield och Cormack 1967 principer klara Apparatur 1972 EMI head scanner 1974 whole body scanner CT-utveckling tackvare Snabba, billiga datorer * Voxelinformation i 3D för önskad del av patienten * I varje voxel kan elektrondensitet beräknas Paradigmskifte

12 Apparatur MLC MLC utvecklingen är en av grunderna för: Konform radioterapi IMRT Takahasi 1965 Klinisk design Brahme 1977

13 IMRT utveckling Brahme 1982 Rotation med fixed modulator Brahme 1988 Invers dosplanering Definition av volymer och önskad dos optimering av fluencerna genom backprojektion Första IMRT med invers planering i Sverige 2001

14 IMRT Framtid i kliniken Strålbiologisk optimering önskad minimum TCP önskad maximum NTCP dose-painting theragnostic image Theragnostic imaging for radiation oncology: dose-painting by numbers Lancet Oncol 2005 Søren M Bentzen IMRT plan for a patient with oropharyngeal cancer

15 Burman et al 1991 Lyman NTCP modell Nervskada Liten volymeffekt seriell struktur Max. dos kritiskt n värdet litet Spottkörtel muntorrhet Stor volymeffekt parallell struktur Medeldos kristiskt n värdet stort Emmami et al 1991 toleransdoser normalvävnad TD 5/5 volume 1/3 2/3 3/3 TD 50/5 volume 1/3 2/3 3/3

16 Dosimetri Detta NACP dosimetri-protokoll 1979 Införde nya störningsfaktorer för jonisationskammare

17 Vad har hänt med överlevnaden för våra patienter de senaste 25 åren Friesland et al Karolinska ARTSCAN nationell studie %, 5 år 70 %, 5 år Overall survival tonsillay cancer

18 Konklusion Ofattande teknisk utveckling och ökade kunskaper för alla yrkesgrupper inom strålningsonkologin, de senaste 45 åren, har väsentligen bidragit till bättre överlevnad och minskade biverkningar för många olikas diagnoser. Tre paradigmskiften kombinerat med ökade kunskaper medförde: 200 kv -> högenergi fotoner Signifikant förbättrad överlevnad Antydan om ökade akuta och sena biverkningar CT för volymdefinition och dosplanering Begränsad förbättring av tumörkontroll och överlevnad Antydan om minskade biverkningar IMRT med invers dosplanering Förväntas medföra liten förbättring av tumörkontroll Antydningar finns om betydande reduktion av biverkningar På 70-talet antog många att medicinsk onkologi kraftigt skulle minska behovet av strålterapi. Så blev det inte. Liknade antagande finns idag att den växande molekylär- och genetikkunskapen skall minska behovet av strålterapi. Vad sker?

19 Personlig erfarenhet av 45 års yrkesverksamhet, forskning, kvalitetsgranskning av 92 sjukhus inom Europa och 6 internationella eller nationella kliniska studier * Hög teknisk standard och den senaste utrustningen medför inte alltid att god kvalitet för strålterapin Goda kunskaper för alla yrkesgrupper ger god grund för hög kvalitet för strålterapin. Detta även om inte den senaste utrustningen finns.