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La scelta ottimale delle La scelta ottimale delle tecniche di tecniche di ImagingImaging in in
relazione alla sede tumoralerelazione alla sede tumorale
G.C. G.C. MattiucciMattiucci
UCSC UCSC -- RomaRoma
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•• DiagnosiDiagnosi•• StagingStaging
•• DefDef. del target. del target•• PlanningPlanning
In room imaging (IGRT p.d.)
Off-line / On-line
Imaging Teragnostico
(prescrizione della dose ottimizzata biologicamente)
•• Valutazione rispostaValutazione risposta
•• Ripresa tumoraleRipresa tumorale
•• TossicitTossicit àà tardivatardiva
DOPO(mesi ... anni)
RT FRAZIONATA(giorni … settimane)
PRIMA
•• TossicitTossicit àà precoceprecoceda: da: SorenSoren M. M. BentzenBentzen –– modif. , 2006modif. , 2006
FollowFollow --UPUP
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target
Sottodosaggio del target Sovradosaggio dei tessuti sani
Treatment Planning Treatment Planning
Incertezze nella contornazione
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Treatment Planning Treatment Planning
- Precisione nella Definizione del Target- Risparmio OAR
IMRT IMRT -- SBRTSBRT
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Quale IMAGINGQuale IMAGING
�� CTCT
�� MRIMRI
�� MRSMRS
�� PETPET
Definizione morfologica
Caratterizzazione funzionale Biological Target Volume
Aree di GTV o CTV a maggior
rischio di fallimento dopo RTIMRT
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CTCT
DifficoltDifficoltàà nellnell’’identificare strutture identificare strutture
con simile attenuazione delle radiazionicon simile attenuazione delle radiazioni
Inserire immagine TC
Esame di base per la definizione del PTEsame di base per la definizione del PT
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CTCTVariabilità inter-intraosservatore
Polmone Caldwell, IJROBP 2001
Prostata Cazzaniga, Radiother Oncol 1998
Testa-collo Hermans, IJROBP 1998
Mammella Hurkmans, IJROBP 2001
Cervix Tai, IJROBP 2001
Encefalo Yamamoto, Radiother Oncol 1999
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MRIMRI
�� Chiara definizione morfologica dei Chiara definizione morfologica dei
tessuti mollitessuti molli
�� Immagini anatomiche dettagliateImmagini anatomiche dettagliate
� Mancanza di caratterizzazione biologico-funzionale della lesione
MRSMRS
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�� Studio dei Studio dei markersmarkers metabolicimetabolici�� Elevata sensibilitElevata sensibilitàà e specificite specificitàà
(se associata alla MRI fino al 100%)(se associata alla MRI fino al 100%)
�� Impiego principale in RT:Impiego principale in RT:-- encefaloencefalo-- prostataprostata
�� Scarsa risoluzione spazialeScarsa risoluzione spaziale(6(6--10 mm in t di scansione di 1010 mm in t di scansione di 10--15 15 minmin))
MRSMRS
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PETPET�� Caratterizzazione funzionale medianteCaratterizzazione funzionale mediante
BIOMARKERS CELLULARIBIOMARKERS CELLULARI
-- Metabolismo glucidicoMetabolismo glucidico-- Trasporto di AA e Sintesi proteicaTrasporto di AA e Sintesi proteica-- Sintesi DNASintesi DNA-- Proliferazione cellulareProliferazione cellulare-- Espressione Espressione recettorialerecettoriale-- Caratteristiche dellCaratteristiche dell’’ambiente tumoraleambiente tumorale
(ossigenazione)(ossigenazione)
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��FDG: FDG: biomarkerbiomarker oncologico utilizzato pioncologico utilizzato piùùfrequentementefrequentemente
��FDGFDG--PET: PET: ruolo importante nella importante nella definizione del targetdefinizione del target
-- PolmonePolmone
-- EsofagoEsofago
-- H&NH&N
-- LinfomiLinfomi
PETPET
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PETPET�� Altri possibili traccianti:Altri possibili traccianti:
IpossiaIpossia
Proliferazione cellulareProliferazione cellulare
FluoromisonidazoloFluoromisonidazolo
AcetatoAcetatoH&NH&N
Metabolismo lipidicoMetabolismo lipidico
Sintesi proteicaSintesi proteica
Necrosi da radiazioneNecrosi da radiazione
MetioninaMetioninaDOTATOCDOTATOC
NH3NH3
EncefaloEncefalo
Metabolismo lipidicoMetabolismo lipidico
Proliferazione cellulareProliferazione cellulare
ColinaColina
AcetatoAcetatoProstataProstata
VARIABILEVARIABILETRACCIANTETRACCIANTETARGETTARGET
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CT CT vsvs MRI MRI vsvs PET : VantaggiPET : Vantaggi
•• Informazioni Informazioni funzionali e funzionali e biologichebiologiche
•• Accurata Accurata stadiazionestadiazione N e MN e M
•• Accurata Accurata definizione dei definizione dei tessuti mollitessuti molli
•• MultiplanarietMultiplanarietàà
•• Informazioni Informazioni funzionali (MRS)funzionali (MRS)
•• Accurate Accurate informazioni informazioni spazialispaziali
•• Dati relativi alla Dati relativi alla densitdensitàà elettronica elettronica per la dosimetriaper la dosimetria
•• Dati relativi alla Dati relativi alla corticale ossea corticale ossea per la creazione per la creazione delle delle DRRsDRRs
PETPETMRIMRICTCT
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CT CT vsvs MRI MRI vsvs PET : SvantaggiPET : Svantaggi
•• Limitata Limitata risoluzione risoluzione spazialespaziale
••VariabilitVariabilitàà nella nella definizione dei definizione dei margini tumoralimargini tumorali
•• Distorsione delle Distorsione delle immaginiimmagini
•• Mancanza di dati Mancanza di dati sulla densitsulla densitààelettronicaelettronica
•• Mancanza di dati Mancanza di dati sulla corticale osseasulla corticale ossea
•• Dispositivi per Dispositivi per ll’’immobilizzazione in immobilizzazione in RT non sempre RT non sempre compatibilicompatibili
•• Scarsa risoluzione Scarsa risoluzione spaziale (MRS) spaziale (MRS)
•• Limitata Limitata definizione dei definizione dei tessuti mollitessuti molli
•• Mancanza di Mancanza di informazioni informazioni funzionali e funzionali e biologichebiologiche
PETPETMRIMRICTCT
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EncefaloEncefalo
�� CTCT-- Non costituisce lo standard diagnosticoNon costituisce lo standard diagnostico
-- Scarsa distinzione tra le densitScarsa distinzione tra le densitàà dei tessuti mollidei tessuti molli
-- Informazioni su erosione osseaInformazioni su erosione ossea
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��MRI MRI Costituisce lo standard nella diagnosi:Costituisce lo standard nella diagnosi:
-- Estensione del tumoreEstensione del tumore-- Infiltrazione tessuti molli Infiltrazione tessuti molli -- Coinvolgimento Coinvolgimento leptomeningeoleptomeningeo
PossibilitPossibilitàà di completamento con di completamento con imagingimagingfunzionale: funzionale: -- MRI MRI perfusionaleperfusionale ((gradinggrading))
-- MRI spettroscopica MRI spettroscopica
EncefaloEncefalo
Fayed N et al; Eur J Rad 2008
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��PETPETElevata captazione di FDG della sostanza grigiaElevata captazione di FDG della sostanza grigia
1111CC--methionine PET: methionine PET: -- elevata sensibilitelevata sensibilitàà (75(75--95%) e specificit95%) e specificitàà (80(80--100%) 100%) nella diagnosi dei nella diagnosi dei gliomigliomi-- indicatore di prognosi indicatore di prognosi -- miglior definizione dellmiglior definizione dell’’estensione tumorale (maggiore estensione tumorale (maggiore accuratezza nel treatment planning)accuratezza nel treatment planning)
-- valutazione risposta alle terapievalutazione risposta alle terapie-- Distinzione recidiva / Distinzione recidiva / radionecrosiradionecrosi
EncefaloEncefalo
Singhal T et al; Mol Imaging Biol 2008
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EncefaloEncefaloDefinizione target: CT vs MRI
Weltens et al; Radiother Oncol 2001
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MRI nel treatment planningMRI nel treatment planning
-- Migliore definizione del GTV e CTVMigliore definizione del GTV e CTV
EncefaloEncefalo
-- Migliore delineazione OARMigliore delineazione OAR-- Nei Nei retreatmentretreatment: recidiva : recidiva vsvs fibrosi post RTfibrosi post RT
Datta NR et al; J Cancer Res Ther 2008
Khoo VS; BJ Radiol 2006
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Fusione CTFusione CT--MRI per il treatment planningMRI per il treatment planning
EncefaloEncefalo
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Encefalo: Encefalo: imagingimaging funzionalefunzionale�� MRS MRS
-- Identificazione cloni cellulari Identificazione cloni cellulari
-- Distinzione recidiva / Distinzione recidiva / radionecrosiradionecrosi
Payne GS; BJ Radiol 2006
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��1111CC--methionine PETmethionine PET
Migliore definizione del targetMigliore definizione del target per distinzione tra per distinzione tra aree aree metabolicamentemetabolicamente attive (residuo/recidiva) e aree attive (residuo/recidiva) e aree inattive (esiti postinattive (esiti post--chirurgici, necrosi, fibrosi)chirurgici, necrosi, fibrosi)
Encefalo: Encefalo: imagingimaging funzionalefunzionale
Grosu AL et al; IJROBP 2005
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TestaTesta--collocollo�� CT CT
-- m.d.cm.d.c., strato sottile, piani multipli., strato sottile, piani multipli-- Adeguata identificazione N patologiciAdeguata identificazione N patologici-- Coinvolgimento osseo e cartilagineoCoinvolgimento osseo e cartilagineo
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TestaTesta--collocollo�� MRI MRI
-- Infiltrazione tessuti molliInfiltrazione tessuti molli
-- Infiltrazione Infiltrazione perineuraleperineurale ed endocranicaed endocranica
-- ExtracapsularitExtracapsularitàà linfonodalelinfonodale
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TestaTesta--collocollo
?
?
?
Definizione target: CT
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TestaTesta--collocolloDefinizione target: MRI
! !
! !
R. Steenbakkers et al IJROBP 60, 2004
36 64
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TestaTesta--collocolloDefinizione target: PET
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TestaTesta--collocollo
�� PET: stazioni PET: stazioni linfonodalilinfonodali
V.Grégoire et al Semin Radiat Oncol 16:232-238,2006
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TestaTesta--collocollo�� PET: T primitivoPET: T primitivo
P.H. Ahn et al Semin Nucl Med 38:141-148, 2008
Risultati controversi
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PolmonePolmone�� CTCT
• Imaging di scelta per la definizione del GTV e per l‘identificazione di M polmonari
• Difficoltà a distinguere tra tumore ed atelettasia
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PolmonePolmone�� CTCT
Variazioni intra-inter-osservatore nella definizione del Target
Van de Steene R&O, 62 2002
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PolmonePolmone�� PETPET--CTCT
Caratterizzazione Caratterizzazione linfonodalelinfonodale
V.Grégoire et al Semin Radiat Oncol 16:232-238,2006
N occulti
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1818FF--FDG PETFDG PET--CT : CT : caratterizzazionecaratterizzazione linfonodalelinfonodale
CT
Lesione polmonare (a) + linfonodi FAP (b) con diametro > 10 mm
18F-FDG PET-CT
Accumulo nella lesione polmonare Accumulo nella lesione polmonare senza linfonodi patologici senza linfonodi patologici mediastinicimediastinici
a
b
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PolmonePolmone�� PETPET--CTCT
Identificazione zone Identificazione zone atelettasicheatelettasiche
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Dose (%)
0 20 40 60 80 100 120
Vol
ume
(%)
0
20
40
60
80
100
PTV based on CT PTV based on PET
Dose (%)
0 20 40 60 80 100 120
Vol
ume
(%)
0
20
40
60
80
100
PTV based on CTPTV based on PET
Dose (%)
0 20 40 60 80 100 120
Vol
ume
(%)
0
20
40
60
80
100
PTV based on CTPTV based on PET
Dose (%)
0 20 40 60 80 100 120
Vol
ume
(%)
0
20
40
60
80
100
PTV based on CTPTV based on PET
PT + Mediastinum CT-PTV: 1031ccm
PT + Mediastinum + right supra PTV-PET: 1330 ccm, (+29,0%)
CT - Plan PET - Plan
Molecular Radiation Treatment Planning (MRTP)
Changes of Planning Target Volume (PTV) in 83% (63/76) of the patients
Major increase of PTV: 5 / 76 pts (LN negativ in C T, LN mets in PET)
Major decrease of PTV: 10 / 76 pts (mainly atelectasi s)
Dose volume histogram (DVH) of PTV
DVH right lung DVH left lung
PTV
Baum et. al. ESTRO 2003
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CT
PET/CT
CT
PET/CT
T-Polmone
T- Mediastino
T-Parete Toracica
Linfonodi
T-Atelettasia
70 88
40 65
81 86
24 59
1 65
Agreement
Regione CT PET/CT
�� CT CT vsvs PET/CTPET/CTVariazioni intra-interosservatore nella definizione del PTV
R. Steenbakker IJROBP 64, 2006
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18F18F--FDG PETFDG PET--CT:CT:pipiùù accurata definizione del accurata definizione del tumourtumour volume?volume?
� La migliore definizione del target volume con 18F-FDG PET-CT porta ad un miglioramento del trattamento
� Pochi studi dosimetrici sulla dose ai tessuti sani (Dose Volume Histograms) con e senza 18F-FDG:globalmente includendo la PET si ha una riduzione di esposizione degli organi sani
vanvan BaardwijkBaardwijk A, A, etet al.al. CancerCancer treatment treatment reviewsreviews 20062006
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ProstataProstata
�� CTCT
-- T1/T2: non rilevabiliT1/T2: non rilevabili-- T3/T4: limiti nella valutazione diT3/T4: limiti nella valutazione di
a) a) extracapsularitextracapsularitààb) infiltrazione di vescicole seminali,retto o vescicab) infiltrazione di vescicole seminali,retto o vescica
-- DifficoltDifficoltàà nellnell’’identificare lidentificare l’’apice prostaticoapice prostatico-- Alta variabilitAlta variabilitàà intraintra e e interinter osservatore osservatore
VS Khoo et al; BJR - 79, 2006
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ProstataProstata�� MRIMRI
-- T1: difficilmente evidenziabileT1: difficilmente evidenziabile-- T2: identificabileT2: identificabile-- T3/T4: adeguata definizione infiltrazioneT3/T4: adeguata definizione infiltrazione
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ProstataProstata
�� MRIMRI-- CorrettaCorretta identificazioneidentificazione apiceapice prostaticoprostatico
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colina
MRSI indicatore di aggressivitàtumorale
90% “tumor depiction” for Gleason Score 8-9
44% “ “ “ 6
Zakian KL et al Radiology 2005;234:804-814
ProstataProstataMRSMRS
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ProstataProstata
TC+MRI+MRSTC+MRI+MRS razionale nel treatment razionale nel treatment planning planning
SIB
J Pouliot et al IJROBP 59:1196-207,
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�� PETPET
FDGFDG-- < < uptakeuptake glucosio (IPB glucosio (IPB vsvs CP)CP)
-- Escrezione renaleEscrezione renale
ColinaColina
-- > sensibilit> sensibilitàà (anche nella malattia localizzata) (anche nella malattia localizzata)
-- < < overlapoverlap con IPBcon IPB
ProstataProstata
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�� CTCT-- Adeguata valutazione dei linfonodiAdeguata valutazione dei linfonodi-- Limitazione nella definizione del grado Limitazione nella definizione del grado
di infiltrazione della parete degli sfinteridi infiltrazione della parete degli sfinteri-- Limitazione nella identificazione della Limitazione nella identificazione della
fascia fascia mesorettalemesorettale normalenormale-- CT CT multislicemultislice sufficiente per PTsufficiente per PT
RettoRetto
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�� MRIMRI-- ImagingImaging di scelta per la STADIAZIONEdi scelta per la STADIAZIONE-- Adeguata valutazione T e NAdeguata valutazione T e N-- Adeguata visualizzazione di Adeguata visualizzazione di mesorettomesoretto
e sfinterie sfinteri-- Valida assistenza al PT Valida assistenza al PT (lesioni retto basso)(lesioni retto basso)
RettoRetto
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�� PETPET-- Ruolo PET treatment Ruolo PET treatment plannigplannig da definireda definire
-- PredittivitPredittivitàà di risposta nei trattamenti NADdi risposta nei trattamenti NAD
RettoRetto
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CervixCervix
�� CTCT
-- Adeguata valutazione Adeguata valutazione linfonodalelinfonodale
-- Limitazione nella identificazioneLimitazione nella identificazione
di T, vagina e uretradi T, vagina e uretra
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�� MRIMRI-- Paragonabile alla CT nella definizione di NParagonabile alla CT nella definizione di N-- > definizione del T > definizione del T -- > localizzazione Vagina e Uretra > localizzazione Vagina e Uretra
CervCervixix
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CervixCervix
�� TratmentTratment PlanningPlanning
-- MRI definizione del GTVMRI definizione del GTV
-- CT CT definizione CTV e PTVdefinizione CTV e PTV
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ConclusioniConclusioni
�� Scelta tecniche di Scelta tecniche di imagingimagingnel nel TratmentTratment PlanningPlanning
-- SedeSede-- FinalitFinalitàà-- Tecnica di Trattamento Tecnica di Trattamento