Dokument

Zusammenfassung:
Ziel: In der vorliegenden Arbeit erfolgt die klinisch begründete Abschätzung der strahlenbiologischen Kenngrößen alpha, beta bzw. deren Verhältnis alpha/beta sowie der Schwellendosis dt des linear-quadratischen Modells für die Photonenbestrahlung des NSCLC und die darauf basierende Berechnung der Relativen Biologischen Wirksamkeit (RBW) für die Kohlenstoffionenbestrahlung des NSCLC als Grundlage einer biologisch optimierten Bestrahlungsplanung. Methodik: Es wurde ein mathematisches Tumorkontrollmodell erarbeitet, welches die Abschätzung der gesuchten Kenngrößen aus der lokalen Tumorkontrolle nach Photonenbestrahlung des NSCLC erlaubt. In dieses Modell gehen die Fraktionierungsparameter der Bestrahlung sowie die Angaben zur lokalen Tumorkontrolle des klinischen Patientenkollektives ein. Für die Erhebung der klinischen Daten wurde eine selektive Literaturrecherche durchgeführt. Die Abschätzung der Kenngrößen aus den klinischen Daten erfolgte durch Anwendung einer Regressionsanalyse. Diese wurde als zeitunabhängige Analyse sowie als zeitabhängige Analyse unter entsprechender Berücksichtigung der Bestrahlungsdauer durchgeführt. Die Auswertung erfolgte getrennt für die hyper- und normofraktionierte Bestrahlung sowie für die hypofraktionierte Bestrahlung. Die Berechnung der RBW für die Kohlenstoffionenbestrahlung des NSCLC erfolgte unter Annahme des local-effect-models (LEM) basierend auf den zuvor erhobenen Kenngrößen alpha, beta bzw. alpha/beta und der Schwellendosis dt für die Photonenbestrahlung des NSCLC. Ergebnisse: Es konnten 16 klinische Patientenkollektive in die Auswertung eingeschlossen werden. Die erhobenen klinischen Daten zeigen eine deutliche Dosis-Wirkungs-Beziehung, welche die Anwendung des mathematischen Tumorkontrollmodells rechtfertigt. Für die Auswertung der hyper- und normofraktionierten Bestrahlungsdaten konnten die strahlenbiologischen Kenngrößen für die zeitunabhängige Analyse mit alpha/beta = 18,4 +/- 11,5 Gy und für die zeitabhängige Analyse mit alpha/beta = 23,6 +/- 21,7 Gy bestimmt werden. Für die lokale Kontrolle nach hypofraktionierter Bestrahlung konnte eine lineare Abhängigkeit der Dosis-Wirkungs-Beziehung festgestellt werden. Durch den Vergleich der hyper- und normofraktionierten Daten mit den hypofraktionierten Daten konnte die Schwellendosis zu dt = 9,3 +/- 2,5 Gy für die zeitunabhängige Auswertung und dt = 7,3 +/- 3;1 Gy für die zeitabhängige Auswertung errechnet werden. Basierend auf diesen abgeschätzten Kenngrößen konnte eine klinisch begründete Berechnung der RBW durchgeführt werden. Durch Variation der einzelnen Eingangsparameter des LEM wurde deren Einfluss auf die RBW charakterisiert. Diskussion: Durch die vorgestellte Methodik ist die klinisch begründete Abschätzung der Radiosensibilität des NSCLC für die hyper- und normofraktionierte Photonenbestrahlung in Form des alpha/beta-Verhältnisses möglich. Die erhobenen Kenngrößen stehen in Einklang mit der etablierten Annahme von alpha/beta = 10 Gy für die Photonenbestrahlung des NSCLC. Der Nachweis der linearen Dosis-Wirkungs-Beziehung für die hypofraktionierte Bestrahlung bestätigt die Grenzen des Tumorkontrollmodells und lässt sich mit der Schwellendosis konkret quantifizieren. Die Fehleranalyse identifizierte die geringe Anzahl auswertbarer klinischer Studien sowie die strahlenbiologischen Annahmen zur Tumorzellzahl und Wachstumskinetik der Tumorzellen als fehlerbehaftete einflussnehmende Größen. Die ermittelte Relative Biologische Wirksamkeit ist konsistent gegenüber zellbiologischen Untersuchungen und konnte durch die Anwendung des LEM auf eine klinische Basis gestellt werden. Dabei zeigt die RBW eine spezifische Abhängigkeit gegenüber den angenommenen Modellparametern.

Bibliographie / References

1. van der Kogel: Fractionation: the linear-quadratic approach; Protons and other ions in radio- therapy. In: Basic Clinical Radiobiology; GG Steel. Arnold London (2002)
2. Scholz et al.: Track structure and the calculation of biological effects of heavy charged particles; Advances in Space Research 18 (1996) 5 -14
3. Saunders et al.: Continuous, hyperfractionated, accelerated radiotherapy (CHART) versus con- ventional radiotherapy in non-small cell lung cancer: mature data from the randomised multi- centre trial; Radiother Oncol 52 (1999) 137 -48
4. Onishi et al.: Stereotactic hypofractionated high-dose irradiation for stage I nonsmall cell lung carcinoma; Cancer 101 (2004) 1623 -31
5. Scholz: Effects of ion radiation on cells and tissues; Advances in Polymer Science 162 (2003) 97 -155
6. Kellerer at al.: The theory of dual radiation action; Curr Top Radiat Res 8 (1972) 85 -158
7. Koelbl et al.: Influence of calculation algorithm on dose distribution in irradiatio of non-small cell lung cancer (NSCLC). Collapsed cone versus pencil beam; Strahlenther Onkol 180 (2004) 783 -88
8. Krol et al.: Local irradiation alone for peripheral Stage I lung cancer: Could we omit the elective regional nodal irradiation?; Int J Radiat Onco Biol Phys 34 (1996) 297 -302
9. Fowler: Potential for increasing the differential response between tumors and normal tissues: Can proliferation rate be used?; Int J Radiat Onco Biol Phys 12 (1986) 641 -5
10. Travis et al.: Isoeffect models and fractionated radiation therapy; Int J Radiat Onco Biol Phys 13 (1989) 283 -7
11. Okada et al.: Evolution of surgical outcomes for nonsmall cell lung cancer: time trends in 1465 consecutive patients undergoing complete resection; Ann Thorac Surg 77 (2004) 1926 -30
12. Haedinger et al.: Influence of the calculation model on dose distribution in stereotactic radio- therapy of pulmonary targets. Int J Radiat Oncol Biol Phys 61 (2005) 239 -49
13. Xia et al.: Promising clinical outcome of stereotactic body radiation therapy for patients with inoperable Stage I/II non-small-cell lung cancer; Int J Radiat Onco Biol Phys 66 (2006) 117 - 25
14. Tai et al.: Estimate of Radiobiologic Parameters From Clinical Data for Biologically Based Treatment Planning for Liver Irradiation; Int J Radiat Onco Biol Phys 70 (2008) 900 -907
15. Rades et al.: Effect of smoking during radiotherapy, respiratory insufficiency, and hemoglobin levels on outcome in patients irradiated for non-small-cell lung cancer; Int J Radiat Oncol Biol Phys 71 (2008) 1134 -42
16. Takeda: Stereotactic Body Radiotherapy for Primary Lung Cancer at a Dose of 50 Gy To- tal in Five Fractions to the Periphery of the Planning Target Volume Calculated Using a Superposition Algorithm; Int J Radiat Onco Biol Phys 73 (2009) 442 -48
17. Fakiris et al.: Stereotactic Body Radiation Therapy for Early-Stage Non-Small-Cell Lung Car- cinoma: Four-Year Results of a Prospective Phase II Study; Int J Radiat Onco Biol Phys 75 (2009) 677 -82
18. Iwata: Estimation of errors associated with use of linear-quadratic formalism for evaluation of biologic equivalence between single and hypofractionated radiation doses: an in vitro study; Int J Radiat Oncol Biol Phys 75 (2009) 482 -8
19. Firat et al.: The effects of comorbidity and age on RTOG study enrollment in Stage III non- small cell lung cancer patients who are eligible for RTOG studies; Int J Radiat Oncol Biol Phys 78 (2010) 1394 -9
20. Miralbell et al.; Dose-Fractionation Sensitivity of Prostate Cancer Deduced From Radiotherapy Outcomes of 5,969 Patients in Seven International Institutional Datasets: α/β = 1.4 (0.9 -2.2) Gy; Int J Radiat Onco Biol Phys 82 (2012) e17 -24
21. Zimmermann et al.: Stereotactic hypofractionated radiation therapy for stage I non-small cell lung cancer; Lung Cancer 48 (2005) 107 -14
22. Wulf et al.: Dose-response in stereotactic irradiation of lung tumors; Radiother Oncol 77 (2005) 83 -7
23. Courdi, A.: High doses per fraction and the linear quadratic model; Radiother Oncol 94 (2010) 121 -22
24. Hayakawa et al.: Limited field irradiation for medically inoperable patients with peripheral stage I non-small cell lung cancer; Lung Cancer 26 (1999) 137 -42
25. Firat et al.: Comorbidity and KPS are independent prognostic factors in stage I non-small-cell lung cancer; Int J Radiat Onco Biol Phys 52 (2002) 1047 -57
26. Onimaru et al.: Tolerance of organs at risk in small-volume, hypofractionated, image-guided radiotherapy for primary and metastatic lung cancers; Int J Radiat Onco Biol Phys 56 (2003) 126 -35
27. Jeremic et al.: Hyperfractionated radiotherapy alone for clinical stage I nonsmall cell lung cancer; Int J Radiat Onco Biol Phys 38 (1997) 521 -25
28. Thames: An 'incomplete-repair' model for survival after fractionated and continuous irradia- tions; Int J Radiat Biol 47 (1985) 319 -39
29. Paganetti: Nuclear interactions in proton therapy: dose and relative biological effect distribu- tions originating from primary and secondary particles; Phys Med Biol 47 (2002) 747
30. Scholz et al.: Test of the local effect model using clinical data: tumour control probability for lung tumours after treatment with carbon ion beams; Radiat Prot Dosimetry 122 (2006) 478 -79
31. Kirkpatrick et al.: The linear-quadratic model is inappropriate to model high dose per fraction effects in radiosurgery; Semin Radiat Oncol 18 (2008) 240 -43
32. Rowell et al.: Radical radiotherapy for stage I/II non-small cell lung cancer in patients not sufficiently fit for or declining surgery (medically inoperable); Cochrane Database Syst Rev (2001) CD002935
33. Mayles et al.: Interactions of charged particles with matter, Interactions of photons with mat- ter. In: Handbook of Radiotherapy physics -theroy and practice (2007)
34. Gauden et al.: The Curative Treatment by Radiotherapy alone of stage I non-small cell carci- noma of the lung; CHEST 108 (1995) 1278 -82
35. Friedrich et al.: Calculation of the biological effects of ion beams based on the microscopic spatial damage distribution pattern; Int J Radiat Onco Biol Phys 88 (2012) 103 -7
36. Smith et al.: Inoperable early stage non-small cell lung cancer: comorbidity, patterns of care and survival; Lung Cancer 72 (2011) 39 -44
37. Jäckel et al.: Treatment planning for heavy ion radiotherapy: clinical implementation and application; Physics in Medicine and Biology 46 (2001) 1001 -16
38. Guerrero et al.: Extending the linear-quadratic model for large fraction doses pertinent to stereotactic radiotherapy; Phys Med Biol 49 (2004) 4825 -35
39. Timmermann et al.: Excessive Toxicity When Treating Central Tumors in a Phase II Study of Stereotactic Body Radiation Therapy for Medically Inoperable Early-Stage Lung Cancer; J of Clin Oncol 24 (2006) 4833 -9
40. Scott et al.: Treatment of non-small cell lung cancer stage I and stage II: ACCP evidence-based clinical practice guidelines (2nd edition); Chest 132 (2007) 234 -42
41. Levitt et al.: Radiobiology of Stereotactic Radiosurgery and Stereotactic Body Radiation The- rapy. In: Technical Basis of Radiation Therapy (2012)
42. Herr Prof. Dr. Dr. Bauer Herr Prof. Dr. Cassing Frau Prof. Dr. Engenhart-Cabillic Frau Prof. Dr. Glanz
43. Schulz-Ertner et al.: Carbon ion radiotherapy of skull base chondrosarcomas; Int J Radiat Oncol Biol Phys 67 (2007) 1132 -40
44. Gordon Steel: Cellular sensitivity to low dose-rate irradiation focuses the problem of tumour radioresistance; Radioth Oncol 20 (1991) 71 -83
45. Dose Reporting in Ion Beam Therapy; International Atomic Energy Agency and the Interna- tional Commission on Radiation Units and Measurements (2006)
46. Schlegel et al.: Introduction and Overview In: New technologies in radiation oncology (2006)
47. Swensen et al.: Lung nodule enhancement at CT: multicenter study; Radiology 214 (2000) 73 -80
48. NCCN clinical practice guidelines in oncology: non-small cell lung cancer. Date accessed 08/15/12, 2012.Version 3.2012
49. van der Kogel: Radiation response and tolerance of normal tissues In: Basic Clinical Radio- biology; GG Steel. Arnold London (2002)
50. Prävention, Diagnostik, Therapie und Nachsorge des Lungenkarzinoms; Interdisziplinäre S3- Leitlinie der Deutschen Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin und der Deut- schen Krebsgesellschaft
51. Wannenmacher; Debus; Wenz: Strahlentherapie: Physikalische Eigenschaften von Hadronen; Springer (2013)
52. Guckenberger et al.: Applicability of the linear-quadratic formalism for modeling local tumor control probability in high dose per fraction stereotactic body radiotherapy for early stage non-small cell lung cancer; Radiath Oncol 109 (2013) 13 -20
53. Christian et al.: Comparison of inverse-planned three-dimensional conformal radiotherapy and intensity-modulated radiotherapy for non-small-cell lung cancer; Int J Radiat Oncol Biol Phys 67 (2007) 731 -41
54. Elsässer et al.: Accuracy of the local effect model for the prediction of biologic effects of carbon ion beams in vitro and in vivo; Int J Radiat Oncol Biol Phys 71 (2008) 866 -72
55. Hoyer et al.: Prospective Study on Stereotactic Radiotherapy of Limited Stage Non-Small Cell Lung Cancer; Int J Radiat Onco Biol Phys 66 (2006) Supplement 128 -35
56. Miyamoto et al.: Curative treatment of Stage I non-small-cell lung cancer with carbon ion beams using a hypofractionated regimen; Int J Radiat Oncol Biol Phys 67 (2007) 750 -58
57. Miyamoto et al.: Carbon ion radiotherapy for stage I non-small cell lung cancer using a regimen of four fractions during 1 week; J Thorac Oncol 2 (2007) 916 -26
58. Sugane et al.: Carbon ion radiotherapy for elderly patients 80 years and older with stage I non-small cell lung cancer; Lung Cancer 64 (2009) 45 -50
59. Takiguchi et al: Assessment of the homogeneous efficacy of carbon ions in the spread-out Bragg peak for human lung cancer cell lines; Radiation Medicine 25 (2007) 272 -77
60. Suzuki et al.: Relative biological effectiveness for cell-killing effect on various human cell lines irradiated with heavy-ion medical accelerator in Chiba (HIMAC) carbon-ion beams; Int J Radiat Onco Biol Phys 48 (2000) 241 -50
61. Kanai et al.: Examination of GyE system for HIMAC carbon therapy; Int J Radiat Oncol Biol Phys 64 (2006) 650 -6
62. Porter et al.: The statistics of dose/cure relationships for irradiated tumours. Part II; Br J Radiol April 53 (1980) 336 -45
63. Nahum et al.: (Radio)Biological Optimization of External-Beam Radiotherapy; Comput Math Methods Med 6 (2012) Article ID 329214
64. Stuschke et al.: Altered fractionation schemes in radiotherapy; Front Radiat Ther Oncol 42 (2010) 150 -6
65. Grassberger et al.: Variations in Linear Energy Transfer Within Clinical Proton Therapy Fields and the Potential for Biological Treatment Planning; Int J Radiat Oncol Biol Phys 80 (2011) 1559 -66
66. Lee et al.: Influence of Comorbidities on the Efficacy of Radiotherapy with or without Chemo- therapy in Elderly Stage III Non-small Cell Lung Cancer Patients; Cancer Res Treat 44 (2012) 242 -50
67. Elsässer et al.: Cluster Effects within the Local Effect Model; Radiation Research 167 (2007) 319 -29
68. Dubben et al.: Tumor volume: a basic and specific response predictor in radiotherapy; Radio- ther Oncol 47 (1998) 167 -74
69. Sharon et al.; An estimation of radiobiologic parameters from clinical outcomes for radiation treatment planning of brain tumor; Int J Radiat Onco Biol Phys 64 (2006) 1570 -80
70. Park et al.: Universal survival curve and single fraction equivalent dose: Useful tools in un- derstanding potency of ablative radiotherapy; Int J Radiat Oncol Biol Phys 70 (2008) 847 - 52
71. Olsen: Dose-Response for Stereotactic Body Radiotherapy in Early-Stage Non-Small-Cell Lung Cancer; Int J Radiat Onco Biol Phys 81 (2011) e299 -303
72. Sibley et al.: Radiotherapy alone for medically inoperable stage I non-small-cell lung cancer: The duke experience; Int J Radiat Onco Biol Phys 40 (1998) 149 -54
73. Kania et al.: Biophysical characteristics of HIMAC clinical irradiation system for heavy-ion radiation therapy; Int J Radiat Onco Biol Phys 44 (1999) 201 -10
74. Fowler: Brief summary of radiobiological principles in fractionated radiotherapy; Seminars in Radiation Oncology 2 (1992) 16 -21
75. Loutfi et al.: Guidelines for multimodality radiological staging of lung cancer; J Infect Public Health; 5 (2012) Supplement 14 -21
76. Kraft: RBE and its interpretation; Strahlentherapie und Onkologie 175 (1999) 2 Supplement 44-7
77. Kaplan; Meier: Non parametric estimation from incomplete observations; J Ann Stat Assoc 53 (1958) 457 -81
78. Lardinois et al.: Staging of non-small-cell lung cancer with integrated positron-emission tomo- graphy and computed tomography; N Engl J Med 348 (2003) 2500 -07
79. Haustermans et al.: Relationship between potential doubling time (Tpot), labeling index and duration of DNA synthesis in 60 esophageal and 35 breast tumors: is it worthwhile to measure Tpot; Radiother Oncol 4 (1998) 157 -67.
80. Grutters et al.: Comparison of the effectiveness of radiotherapy with photons, protons and carbon-ions for non-small cell lung cancer: A meta-analysis; Radioth Oncol 95 (2010) 32 -40
81. Hausterman et al.: A comment on proliferation rates in human prostate cancer; Int J Radiat Oncol Biol Phys 48 (2000) 303

Das Dokument ist im Internet frei zugänglich - Hinweise zu den Nutzungsrechten