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

•• 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

target

Sottodosaggio del target Sovradosaggio dei tessuti sani

Treatment Planning Treatment Planning

Incertezze nella contornazione

Treatment Planning Treatment Planning

- Precisione nella Definizione del Target- Risparmio OAR

IMRT IMRT -- SBRTSBRT

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

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

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

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

�� 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

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)

��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

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

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

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

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

��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

��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

EncefaloEncefaloDefinizione target: CT vs MRI

Weltens et al; Radiother Oncol 2001

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

Fusione CTFusione CT--MRI per il treatment planningMRI per il treatment planning

EncefaloEncefalo

Encefalo: Encefalo: imagingimaging funzionalefunzionale�� MRS MRS

-- Identificazione cloni cellulari Identificazione cloni cellulari

-- Distinzione recidiva / Distinzione recidiva / radionecrosiradionecrosi

Payne GS; BJ Radiol 2006

��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

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

TestaTesta--collocollo�� MRI MRI

-- Infiltrazione tessuti molliInfiltrazione tessuti molli

-- Infiltrazione Infiltrazione perineuraleperineurale ed endocranicaed endocranica

-- ExtracapsularitExtracapsularitàà linfonodalelinfonodale

TestaTesta--collocollo

?

?

?

Definizione target: CT

TestaTesta--collocolloDefinizione target: MRI

! !

! !

R. Steenbakkers et al IJROBP 60, 2004

36 64

TestaTesta--collocolloDefinizione target: PET

TestaTesta--collocollo

�� PET: stazioni PET: stazioni linfonodalilinfonodali

V.Grégoire et al Semin Radiat Oncol 16:232-238,2006

TestaTesta--collocollo�� PET: T primitivoPET: T primitivo

P.H. Ahn et al Semin Nucl Med 38:141-148, 2008

Risultati controversi

PolmonePolmone�� CTCT

• Imaging di scelta per la definizione del GTV e per l‘identificazione di M polmonari

• Difficoltà a distinguere tra tumore ed atelettasia

PolmonePolmone�� CTCT

Variazioni intra-inter-osservatore nella definizione del Target

Van de Steene R&O, 62 2002

PolmonePolmone�� PETPET--CTCT

Caratterizzazione Caratterizzazione linfonodalelinfonodale

V.Grégoire et al Semin Radiat Oncol 16:232-238,2006

N occulti

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

PolmonePolmone�� PETPET--CTCT

Identificazione zone Identificazione zone atelettasicheatelettasiche

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

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

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

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

ProstataProstata�� MRIMRI

-- T1: difficilmente evidenziabileT1: difficilmente evidenziabile-- T2: identificabileT2: identificabile-- T3/T4: adeguata definizione infiltrazioneT3/T4: adeguata definizione infiltrazione

ProstataProstata

�� MRIMRI-- CorrettaCorretta identificazioneidentificazione apiceapice prostaticoprostatico

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

ProstataProstata

TC+MRI+MRSTC+MRI+MRS razionale nel treatment razionale nel treatment planning planning

SIB

J Pouliot et al IJROBP 59:1196-207,

�� 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

�� 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

�� 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

�� PETPET-- Ruolo PET treatment Ruolo PET treatment plannigplannig da definireda definire

-- PredittivitPredittivitàà di risposta nei trattamenti NADdi risposta nei trattamenti NAD

RettoRetto

CervixCervix

�� CTCT

-- Adeguata valutazione Adeguata valutazione linfonodalelinfonodale

-- Limitazione nella identificazioneLimitazione nella identificazione

di T, vagina e uretradi T, vagina e uretra

�� 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

CervixCervix

�� TratmentTratment PlanningPlanning

-- MRI definizione del GTVMRI definizione del GTV

-- CT CT definizione CTV e PTVdefinizione CTV e PTV

ConclusioniConclusioni

�� Scelta tecniche di Scelta tecniche di imagingimagingnel nel TratmentTratment PlanningPlanning

-- SedeSede-- FinalitFinalitàà-- Tecnica di Trattamento Tecnica di Trattamento