Radiobiological estimation of radiation pneumonitis in breast and lung radiotherapy: radiobiological modelling in radiotherapy

 
This item is provided by the institution :

Repository :
National Archive of PhD Theses
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*
share



PhD thesis (EN)

2005 (EN)
Εκτίμηση της ακτινικής πνευμονίτιδας μετά από ακτινοθεραπεία σε ασθενείς με καρκίνο του μαστού και του πνεύμονος βάσει φυσικών και βιολογικών παραγόντων
Radiobiological estimation of radiation pneumonitis in breast and lung radiotherapy: radiobiological modelling in radiotherapy

Tsougos, Ioannis
Τσούγκος, Ιωάννης

A very important aspect in the optimization of radiation therapy is the adequate use of patient related information. Hence the description of the dependence of tumor and normal tissue responses on the irradiated volume and the dose-time-fractionation schedule should be introduced. In addition, the heterogeneity of the delivered dose distribution and tumor or normal tissue sensitivity variations as well as the inter patient radiosensitivity have to be taken into account clinically. Especially in the case of breast and lung cancer radiotherapy, recent developments have highlighted the importance of radiation lung toxicity and the occurrence of radiation pneumonitis, which can lead to severe respiratory dysfunction and even death, when combined with compromised lung function. Therefore in the present study, a treatment optimization procedure based on radiobiological modeling was used that considers the shape and the structure of the target tissues and healthy organs at risk, their relative position and their dose-response relations for the individual patient.These mathematical models largely based on the Poisson statistics and the linearquadraticmodel of cell kill, have been used to quantify the radiobiological response of normal human tissues and tumors to radiation therapy. The presented models predict a decreasing probability of achieving complication free tumor control with increasing tumor size and increasing volume of normal tissues irradiated. The radiobiological parameters of the examined cell survival and response models (e.g. α, β, 50 D , γ, s) had to be estimated for certain normal tissues and tumors, and published parameters had to be examined in terms of their compatibility to certain treatment methodology and patient characteristics. The process for determining these dose-response relations was based on clinical materials where the treatment information and follow-up results of the individual patient were available. The statistical methods used, estimated and verified the parameters and their uncertainties.Using this material, different methods of estimating the likelihood of radiation effects were evaluated. This was attempted by analyzing patient data based on their full dose distributions and associating the calculated complication rates with the clinical follow-up records. Additionally, the predictive strength of the radiobiological models, and the need for an update of the criteria that are being used in the current clinical practice were also examined.
Ιοντίζουσες ακτινοβολίες για τη θεραπεία του καρκίνου χρησιμοποιούνται ήδη για περισσότερο από έναν αιώνα, ξεκινώντας από τις ακτίνες X στην αρχή του 20ού, μέχρι την ‘διαμορφούμενης έντασης' ακτινοθεραπεία (Intensity Modulated Radiation Therapy - IMRT) σήμερα. Οι πρόσφατες τεχνολογικές καινοτομίες έχουν εισάγει δραματικές αλλαγές στη βελτιστοποίηση της εφαρμογής της ακτινοθεραπείας, ενώ παράλληλα η απεικόνιση έχει γίνει πιο προηγμένη παρέχοντας πληροφορίες τόσο σε ανατομικό όσο και σε λειτουργικό επίπεδο, συμβάλλοντας τα μέγιστα στην αποτελεσματικότητα της.Εντούτοις, ο σχεδιασμός του πλάνου θεραπείας των νεοπλασμάτων της ευρύτερης θωρακικής κοιλότητας εξακολουθεί να περιορίζεται σημαντικά, κυρίως λόγω της υψηλής ακτινευαισθησίας του πνευμονικού ιστού που συμπεριλαμβάνεται αναπόφευκτα. Η ακτινοβόληση του θώρακα εφαρμόζεται σε ασθενείς με καρκίνο του πνεύμονος είτε με στόχο την ίαση είτε παρηγορικά . Είναι η πιο συχνά χορηγούμενη μορφή θεραπείας σε τοπικά προχωρημένη νόσο, αλλά και σε ασθενείς που δεν είναι δυνατή η χειρουργική επέμβαση. Επίσης η ακτινοθεραπεία εφαρμόζεται μετεγχειρητικά επί καρκίνου του μαστού, μετά από ογκεκτομή ή μαστεκτομή, όπου και σε αυτές τις περιπτώσεις ακτινοβολείται τμήμα του πνεύμονα.Όσον αφορά στη βελτιστοποίηση της ακτινοθεραπείας, αυτή εξαρτάται αυστηρά από τη χρήση πληροφοριών που σχετίζονται με κάθε ασθενή. Επιπλέον πρέπει να ληφθεί υπόψη κλινικά, η ετερογένεια της κατανομής της δόσης και οι διαφορές της ακτινευαισθησίας του νεοπλασματικού και του φυσιολογικού ιστού.Για αυτόν τον λόγο γίνεται χρήση ραδιοβιολογικών μοντέλων, προκειμένου να περιγραφεί η απόκριση των νεοπλασμάτων και του φυσιολογικού ιστού στην ακτινοβολία, ανάλογα με τον συνολικό όγκο που ακτινοβολείται, τον κερματισμό της δόσης αλλά και τη σχέση δόσης - χρόνου.Συνεπώς στην παρούσα μελέτη, με σημείο αναφοράς την επιπλοκή της Α.Π. χρησιμοποιείται μια διαδικασία αξιολόγησης και βελτιστοποίησης της θεραπείας βάσει ραδιοβιολογικών δεδομένων, ώστε να ληφθεί υπόψη η μορφή και η δομή των λειτουργικών υπομονάδων, τόσο των νεοπλασμάτων όσο και των υγιών ιστών, καθώς επίσης και ο σχετικός όγκος ακτινοβόλησης και η σχέση δόσης – απόκρισης.Η προσέγγιση αυτή όμως, περιλαμβάνει ανακριβείς εκτιμήσεις περί ευαισθησίας των οργάνων και βασίζεται κυρίως σε φυσικές παραμέτρους δόσης – όγκου. Κατά συνέπεια διαφορές μεταξύ ασθενών που οφείλονται σε διαφορετική ακτινευαισθησία ή διαφορετική πνευμονική λειτουργία, δεν λαμβάνονται υπόψιν. Επομένως στην αξιολόγηση της μετακτινικής πνευμονικής βλάβης συμπεριλήφθησαν και δοκιμές πνευμονικής λειτουργίας (PFT’s), οι οποίες αξιολογήθηκαν σε σχέση με τα αποτελέσματα της ραδιοβιολογικής προσέγγισης. Αναφορικά με την αξιολόγηση της έκβασης της θεραπείας, και ειδικά με την προσδιορισμό της ενδογενούς ακτινευαισθησίας, διερευνήθηκε η δυνατότητα καθορισμού ενός βιολογικού προγνωστικού παράγοντα που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και στην κλινική πράξη.Τέλος, πραγματοποιήθηκε συγκριτική αξιολόγηση των διαφορετικών ραδιοβιολογικών μοντέλων, με έμφαση στις διαφορές των χρησιμοποιουμένων παραμέτρων και την διαφορετική αντιμετώπιση της εξάρτησης του αποτελέσματος από τον ακτινοβολούμενο όγκο.

Radiobiology
Ακτινοβιολογία
Radiotherapy
Ακτινοθεραπεία

Εθνικό Κέντρο Τεκμηρίωσης (ΕΚΤ) (EL)
National Documentation Centre (EKT) (EN)

Greek

2005


University of Thessaly (UTH)
Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας



*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)