Klinische und physikalische Aspekte der Brachytherapie von Kopf-Hals-Tumoren

Abstract

1.1 Clinical aspects of brachytherapy for the treatment of head and neck cancer An intracavitary brachytherapy boost during radiotherapy of head-neck-cancer can be useful to protect critical organs such as the eye, optic nerve, optic chiasm or the base of the brain. To analyze the clinical aspects of brachytherapy in the head-neck-region, a collective of 20 patients was surveyed retrospectively in this study. All these patients suffering from head-neck-cancer were treated with brachytherapy during the period from 2001 to 2013 by using an individually formed applicator. The average age of the patients was 63 years, the mean Karnofsky performance status before treatment 9.15. Most tumors were located in the region of the nose (three tumors in the nasal vestibule, three tumors in the nasal septum and seven tumors in the nasal cavity), five tumors were located in the nasopharynx and two tumors in the orbit. Six of the patients had local recurrences. Analyzing the histopathologic aspects, 70 % of the tumors were squamous cell carcinomas, 5 % adenocarcinomas, 5 % adenoid cystic carcinomas, 10 % carcinosarcomas and each 5 % of the tumors plasmocytomas or malignant melanomas. The patients had been pretreated differently, two of the patients had not received any tumor-specific pre-treatment, twelve of the patients had been operated on first, three patients had been operated on and irradiated, one patient had received both surgery and radiochemotherapy and another had been treated primarily with chemoradiation. Following the primary treatment, radiotherapy was performed for two of the patients as a sole brachytherapy, three patients were treated with brachytherapy before external irradiation, seven received brachytherapy after external radiotherapy, and in eight patients brachytherapy and external radiotherapy were given simultaneously. The total dose of external radiotherapy was 30.6 to 60 Gy, single doses ranged from 1.2 to 2 Gy. One patient underwent simultaneous chemoradiation with two cycles of cisplatin and 5-Fluoruracil. Intracavitary brachytherapy was performed with Iridium-192 in HDR afterloading technique. In 18 patients, only one applicator was needed, in two of the patients two applicators were formed to obtain a better dose administration to the nasal septum. The respective total dose of brachytherapeutic treatment was 10 to 20 Gy, as a single dose 2 to 5 Gy were administered per session. The side effects listed in our studies were low, acute dermatitis up to level I CTC occurred in 90 % of patients, only two patients sustained acute dermatitis level II and III. In 70 % of the patients mucositis occurred up to level I, three of the patients suffered from acute mucositis level II and one patient showed acute mucositis level III (in two patients there was a lack of information in the documentation). Analyzing the chronic side effects (one patient missing to follow-up), eleven of 19 patients showed a chronic dermatitis level I CTC, chronic dermatitis level II or III appeared in one patient each. Subcutaneous late complications as induration of the skin occurred in none of the patients, xerostomia level I was shown in nine of 19 patients and a single patient suffered from xerostomia level III. The mean Karnofsky performance status after the final treatment was 8.8. After a mean follow-up of 8.3 years, a local tumor progression could be seen in three of 19 patients, four patients developed lymph node metastases and six distant metastases, eleven patients remained tumor free. The 2-year survival rate was 73 %, the 5-year survival rate 65 %. In conclusion, intracavitary brachytherapy with individual formed applicators is an effective therapy with minimal side effects to treat relapsed tumors or to boost primary tumor of the head and neck region. However, it should be remembered that this method is relatively time consuming and expensive. 1.2 Physical aspects of brachytherapy for the treatment of cancer of the head and neck region As explained in paragraph 1.1, individual formed applicators are used to boost the tumor volume of the head and neck region with intracavitary brachytherapy. Due to the fact that these applicators fill a large part of the air-filled cavities in the irradiation field, we aimed to investigate whether they could be useful during external beam radiotherapy to achieve a more homogenous percutaneous dose distribution and a better target volume coverage because of the higher density of the applicators compared to air. To examine these aspects, a collective of nine patients with various tumors of the head and neck was analyzed retrospectively. Criterion for inclusion in this study was the use of applicators for brachytherapy in the area of the nose and sinuses, nasopharynx or orbit. We performed an investigation of the percutaneously administered dose distribution using various parameters in the area of the planning target volume (PTV) and the applicator volume (VApp), one calculation with inclusion of the applicator and one without. Results show that the insertion of an applicator during percutaneous irradiation does not lead to a statistically significant change in the total dose and the dose distribution in the range of PTV. There is only for applicators with larger volumes (over 25 cm³) a tendency to a slightly higher D95% in PTV. A statistically significant influence of the applicator on the percutaneous irradiation can be seen in the calculated dose in VApp. Due to changed density in this area, higher minimum and medium dose and a higher D5% and D95% can be achieved. Finally, results show that for particularly large air-filled cavities an individual check can be recommended if the use of an applicator during percutaneous irradiation leads to an improved dose distribution in the target volume. However, due to the fact that the general use of applicators during percutaneous irradiation apparently does not lead to a significant dose optimization in PTV, the routine irradiation without these may be recommended as well.

1.3 Klinische Aspekte der Brachytherapie bei der Behandlung von Kopf-Hals-Tumoren Bei Patienten mit Tumoren des Kopf-Hals-Bereichs kann sich wegen der limitierten Toleranz kritischer Organe (unter anderem des Auges, des N. opticus, des Chiasma opticum oder der Hirnbasis) eine Boosttherapie im Sinne der intracavitären Brachytherapie als sinnvoll erweisen. Um die klinischen Aspekte der Brachytherapie in dieser Region zu analysieren, wurde ein Kollektiv von 20 Patienten retrospektiv untersucht. Alle diese Patienten wurden aufgrund eines Tumors im Kopf-Hals-Bereich im Zeitraum zwischen 2001 bis 2013 mittels eines individuell angepassten Applikators brachytherapeutisch behandelt. Das Durchschnittsalter der Patienten lag bei 63 Jahren, der Karnofsky-Index vor Beginn der Therapie im Mittel bei 9,15. Bei den Tumoren handelte es sich größtenteils um Tumoren der Nase (drei Tumoren des Nasenvorhofs, drei Tumoren des Nasenseptums und sieben Tumoren mit Lokalisation in der Nasenhöhle), andere Lokalisationen waren der Nasopharynx (fünf Tumoren) und die Orbita (zwei Tumoren). Bei sechs Tumoren handelte es sich um Rezidive. Histopathologisch betrachtet waren 70 % der Tumoren Plattenepithelkarzinome, 5 % Adenokarzinome, weitere 5 % bildeten adenoid-zystische Karzinome, 10 % Karzinosarkome und bei jeweils 5 % der Tumoren handelte es sich um Plasmozytome oder Maligne Melanome. Die Patienten waren unterschiedlich vorbehandelt worden, zwei der Patienten hatten keine tumorspezifische Vorbehandlung erhalten, zwölf der Patienten waren voroperiert, drei Patienten waren voroperiert und bestrahlt, ein Patient war sowohl voroperiert als auch radiochemotherapiert und ein anderer primär mit einer Radiochemotherapie behandelt worden. Während der im Anschluss an die Primärtherapie durchgeführten Strahlentherapie erfolgte bei zwei der Patienten eine alleinige Brachytherapie, drei erhielten die Brachytherapie vor der externen Bestrahlung, sieben die Brachytherapie nach der externen Radiotherapie und bei acht Patienten wurden Brachytherapie und die externe Radiotherapie simultan durchgeführt. Die verabreichte Gesamtdosis der externen Radiotherapie lag (die zwei Patienten ohne externe Bestrahlung ausgeschlossen) zwischen 30,6 und 60 Gy, die verabreichten Einzeldosen lagen zwischen 1,2 und 2 Gy. Eine Patientin erhielt eine simultane Radiochemotherapie mit zwei Zyklen Cisplatin und 5-Fluoruracil. Die Brachytherapie selbst erfolgte endokavitär mit Iridium-192 im HDR-Afterloading Verfahren. Bei 18 Patienten war ein einzelner Applikator ausreichend, bei zwei der Patienten wurden zwei Applikatoren angefertigt, um eine bessere Dosisverteilung am Nasenseptum zu erhalten. Die jeweilige Gesamtdosis lag zwischen 10 und 20 Gy, als Einzeldosis wurden pro Sitzung 2 bis 5 Gy verabreicht. Die untersuchten Nebenwirkungen waren gering ausgeprägt. Eine akute Dermatitis bis maximal Grad I CTC trat bei 90 % der Patienten auf, nur jeweils ein Patient erlitt eine akute Dermatitis Grad II oder III. Bei 70 % der Patienten trat eine Mukositis bis maximal Grad I auf, drei der Patienten erlitten eine akute Mukositis Grad II und ein Patient eine akute Mukositis III. Grades (bei zwei Patienten fehlen die Angaben in der Dokumentation), wobei diese Mukositis überwiegend auf den perkutanen Teil der kombinierten Strahlentherapie zurückzuführen ist. Bei den chronischen Nebenwirkungen (ein Patient fehlt in der Nachsorge) zeigte sich bei elf der 19 Patienten ein chronische Dermatitis Grad I CTC, jeweils ein Patient erlitt eine chronische Dermatitis Grad II oder III. Subkutane Spätfolgen in Form einer Induration der Haut traten bei keinem Patienten auf, eine Xerostomie Grad I bei neun der 19 Patienten und eine Xerostomie Grad III bei einem einzelnen Patienten. Der mittlere Karnofsky-Index nach Therapieabschluss betrug 8,8. Nach einem mittleren Follow-up von 8,3 Jahren erlitten drei der 19 Patienten einen lokalen Tumorprogress, vier Lymphknoten-metastasen und sechs Fernmetastasen, tumorfrei waren elf Patienten. Das 2-Jahres-Überleben lag bei 73 %, die 5-Jahres-Überlebensrate bei 65 %. Zusammenfassend stellt die endokavitäre Brachytherapie mit individuell angepassten Applikatoren eine wirksame und nebenwirkungsarme Methode zur Boost- oder 1.4 Physikalische Aspekte der Brachytherapie bei der Behandlung von Kopf-Hals-Tumoren Wie bereits erwähnt, werden für die endokavitäre Brachytherapie von Kopf-Hals-Tumoren individuelle Applikatoren angepasst. Für uns stellte sich die Frage, ob solche Applikatoren auch während der perkutanen Strahlentherapie sinnvoll sein können, da diese einen großen Teil der luftgefüllten Hohlräume im Bestrahlungsgebiet ausfüllen. Untersucht werden soll, ob durch die erhöhte Dichte der Applikatoren verglichen mit Luft homogenere perkutane Dosisverteilungen sowie eine bessere Zielvolumenabdeckung erzielt werden können. Ein Kollektiv von neun Patienten mit verschiedenen Tumoren des Kopf-Hals-Bereiches wurde retrospektiv analysiert. Kriterium für den Einschluss in die Untersuchung war die Verwendung von Applikatoren für die Brachytherapie im Bereich von Nase und Nebenhöhlen, Nasopharynx oder Orbita. Es erfolgte eine Untersuchung der perkutan applizierten Dosisverteilung anhand verschiedener Parameter im Bereich des PTV und des Applikatorvolumens, einmal mit Einschluss des Applikators in die Berechnung und einmal ohne diesen. Es zeigte sich, dass sich durch die Einlage eines Applikators bei perkutaner Bestrahlung keine statistisch signifikante Änderung der Gesamtdosis und auch der Dosisverteilung im Bereich des PTV nachweisen lässt. Lediglich für Applikatoren größerer Volumina (über 25 cm³) besteht eine Tendenz zu etwas höherer D95% im PTV. Ein statistisch signifikanter Einfluss der Applikators auf die perkutane Bestrahlung zeigt sich erwartungsgemäß in der erhaltenen Dosis im Volumenbereich des Applikators, da sich durch die veränderte Dichte in diesem Gebiet höhere Dosen bezüglich minimaler und mittlerer Dosis, D5% und D95% erreichen lassen. Abschließend empfiehlt sich für besonders große luftgefüllte Hohlräume eine individuelle Überprüfung, ob durch Verwendung eines Applikators während der perkutanen Bestrahlung eine verbesserte Dosisverteilung im Zielvolumen erzielt werden kann. Allerdings erscheint aufgrund der Tatsache, dass sich durch die generelle Anwendung von Applikatoren bei perkutaner Bestrahlung offenbar keine nennenswerten Dosisoptimierungen des PTV ergeben, die routinemäßige Bestrahlung ohne diese ebenso gerechtfertigt