Multimodality Imaging in Prostate Cancer
Kuisma, Anna (2023-01-27)
Multimodality Imaging in Prostate Cancer
(27.01.2023)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-9138-9
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-9138-9
Tiivistelmä
ABSTRACT
Prostate cancer is the most common cancer in men in Finland. Its aggressiveness varies widely, from indolent to fatal disease. Accurate characterization of prostate cancer is extremely essential to prevent overtreatment while sustaining good survivorship and high quality of life. This is feasible using novel technology in imaging and automatic tools in treatment planning.
In the first part of this thesis work, the aim was to evaluate anti-1-amino-3-18Ffluorocyclobutane-1-carboxylic acid (18F-FACBC) PET/CT, PET/MRI, and multiparametric MRI (mpMRI) in detection of primary prostate cancer. The uptake of 18F-FACBC was significantly stronger in tumors with higher Gleason score and it may therefore assist in targeted biopsies when combined with MRI. 18F-FACBC PET/MRI outperformed PET/CT but did not demonstrate higher diagnostic performance than mpMRI performed separately. Furthermore, PET/MRI and mpMRI failed to detect pelvic lymph node metastasis measuring less than 8mm. 18F-FACBC PET/MRI is promising in characterization of primary prostate cancer, especially if ablative treatments are planned. It is not likely to replace mpMRI in clinical practice.
The second study assessed multimodality imaging in detecting bone metastasis in high-risk prostate cancer and breast cancer patients. All patients underwent 99mTc-HDP bone scintigraphy (BS), 99mTc-HDP SPECT, 99mTc-HDP SPECT/CT, 18F-NaF PET/CT, and whole body (wb) MRI+DWI. 99mTc-HDP SPECT/CT, 18F-NaF PET/CT, and wbMRI+DWI had superior sensitivity compared to conventional nuclear imaging. In particular non-BS techniques showed less equivocal findings. wbMRI+DWI was as accurate as 18F-NaF PET/CT for detecting bone metastasis and may be considered a potential “single-step” imaging modality for detection of bone metastasis in high-risk patients with prostate and breast cancer.
The purpose of the third study was to evaluate and validate the performance of a fully automated segmentation tool (AST) in MRI-based radiotherapy planning of prostate cancer. It showed high agreement for delineating prostate, bladder, and rectum, compared to manual contouring, and suggested adoption of AST in clinical practice.
Finally, the fourth study investigated the long-term toxicity after biologically guided radiotherapy in men with localized prostate cancer. Carbon-11 acetate (11C-ACE) PET-CT was used to guide dose escalation into metabolically active intraprostatic lesions. 11C-ACE PET-guided radiotherapy was feasible and well tolerated. Although erectile dysfunction was relatively common, severe gastro-intestinal symptoms were very rare, and no grade 3 genitourinary symptoms were present at five years after radiotherapy.
The findings of this thesis have potential to improve diagnostic imaging and radiotherapy planning in primary and metastatic prostate cancer. Eventually, they are likely to improve patients’ quality of life and survival.
KEYWORDS: prostate cancer, magnetic resonance imaging, positron emission tomography, radiotherapy planning, toxicity, bone metastasis TIIVISTELMÄ
Eturauhassyöpä on miesten yleisin syöpä Suomessa. Sen taudinkuva vaihtelee laajasti rauhallisesta aggressiiviseen ja tappavaan. On oleellista, että taudin luonne arvioidaan tarkasti, jotta vältytään sen liialliselta hoidolta, tinkimättä erinomaisista hoitotuloksista selviytymisessä ja elämän laadussa. Uudet kuvantamisteknologiat ja automaattityökalut mahdollistavat tämän.
Tämän väitöskirjan ensimmäisessä osatyössä oli tavoitteena arvioida anti-1-amino-3-18Ffluorosyklobutaani-1-karboksyylihappo (18F-FACBC) PET-tietokonetomografiaa (TT), PET-magneettiresonanssikuvantamista (MRI) ja multiparametrista MRI-kuvantamista (mpMRI) eturauhassyövän diagnoosivaiheessa. 18F-FACBC-kertymät olivat tilastollisesti merkitsevästi voimakkaampia korkean Gleason-luokituksen kasvaimissa, joten yhdistettyä PET-MRI-kuvantamista voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi kohdennetussa koepalojen otossa. 18F-FACBC PET-MRI oli parempi kuin PET-TT ja samanveroinen kuin mpMRI eturauhassyövän diagnostiikassa. PET-MRI ja mpMRI eivät havainneet alle 8 mm:n läpimittaisia imusolmukemetastaaseja. 18F-FACBC PET-MRI on lupaava kuvantamismuoto eturauhassyövän diagnostiikassa, erityisesti kajoavia hoitoja suunniteltaessa, mutta ei korvanne mpMRI:a kliinisessä käytössä.
Toinen osatyö käsitteli luustoetäpesäkkeiden toteamista eri kuvantamismenetelmillä korkean uusiutumisriskin eturauhas- ja rintasyöpäpotilailla. Kaikille potilaille tehtiin 99mTc-HDP luustokarttakuvaus, 99mTc-HDP SPECT, 99mTc-HDP SPECT-TT, 18F-NaF PET-TT ja koko kehon MRI diffuusiopainotettuna (wbMRI+DWI). 99mTc-HDP SPECT-TT, 18F-NaF PET-TT ja wbMRI+DWI olivat perinteistä luustokarttaa herkempiä luustometastaasien toteamisessa, koska epäspesifeiksi määriteltyjä muutoksia oli vähemmän. wbMRI+DWI osoitti yhtäläistä tarkkuutta luustometastaasien diagnosoinnissa 18F-NaF PET-TT:n verrattuna, joten sitä voitaisiin hyödyntää, käytettäessä vain yhtä kuvantamistapaa näiden potilaiden luustometastaasien toteamiseen.
Kolmas osatyö arvioi ja validoi täysin automaattisen piirtotyökalun käyttöä MRI-pohjaisen sädehoidon suunnittelussa eturauhassyöpäpotilailla. Työkalu suoriutui hyvin eturauhasen, virtsarakon ja peräsuolen rajauksesta asiantuntijan käsin tekemiin rajauksiin verrattuna, puoltaen työkalun käyttöä luotettavasti myös kliinisessä työssä.
Viimeisenä, neljännessä osatyössä arvioitiin biologisesti ohjatun eturauhassyövän sädehoidon aiheuttamia pitkäaikaishaittoja. Hiili-11 asetaatti (11C-ACE) PET-TT-kuvantamisen avulla suunniteltiin sädehoito, jossa metabolisesti aktiivisiin eturauhasen
sisäisiin muutoksiin kohdistettiin korkeammat sädeannokset. 11C-ACE-PET-TT-ohjattu sädehoito oli toteuttamiskelpoinen ja hyvin siedetty. Vaikka erektiohäiriöt olivat suhteellisen yleisiä, vakavat suoliston haittavaikutukset olivat hyvin harvinaisia, eikä kolmannen asteen virtsateiden haittavaikutuksia esiintynyt lainkaan viiden vuoden kuluttua sädehoidosta.
Tämän väitöskirjan löydökset voivat parantaa eturauhassyövän primaaridiagnostiikan kuvantamista ja sädehoidon suunnittelua, sekä luustoetäpesäkkeiden diagnostiikkaa. Näin voidaan kohentaa potilaiden elämänlaatua ja selviytymistä.
AVAINSANAT: Eturauhassyöpä, magneettikuvaus, positroniemissiotomografia, sädehoidon suunnittelu, haittavaikutukset, luuston etäpesäkkeet
Prostate cancer is the most common cancer in men in Finland. Its aggressiveness varies widely, from indolent to fatal disease. Accurate characterization of prostate cancer is extremely essential to prevent overtreatment while sustaining good survivorship and high quality of life. This is feasible using novel technology in imaging and automatic tools in treatment planning.
In the first part of this thesis work, the aim was to evaluate anti-1-amino-3-18Ffluorocyclobutane-1-carboxylic acid (18F-FACBC) PET/CT, PET/MRI, and multiparametric MRI (mpMRI) in detection of primary prostate cancer. The uptake of 18F-FACBC was significantly stronger in tumors with higher Gleason score and it may therefore assist in targeted biopsies when combined with MRI. 18F-FACBC PET/MRI outperformed PET/CT but did not demonstrate higher diagnostic performance than mpMRI performed separately. Furthermore, PET/MRI and mpMRI failed to detect pelvic lymph node metastasis measuring less than 8mm. 18F-FACBC PET/MRI is promising in characterization of primary prostate cancer, especially if ablative treatments are planned. It is not likely to replace mpMRI in clinical practice.
The second study assessed multimodality imaging in detecting bone metastasis in high-risk prostate cancer and breast cancer patients. All patients underwent 99mTc-HDP bone scintigraphy (BS), 99mTc-HDP SPECT, 99mTc-HDP SPECT/CT, 18F-NaF PET/CT, and whole body (wb) MRI+DWI. 99mTc-HDP SPECT/CT, 18F-NaF PET/CT, and wbMRI+DWI had superior sensitivity compared to conventional nuclear imaging. In particular non-BS techniques showed less equivocal findings. wbMRI+DWI was as accurate as 18F-NaF PET/CT for detecting bone metastasis and may be considered a potential “single-step” imaging modality for detection of bone metastasis in high-risk patients with prostate and breast cancer.
The purpose of the third study was to evaluate and validate the performance of a fully automated segmentation tool (AST) in MRI-based radiotherapy planning of prostate cancer. It showed high agreement for delineating prostate, bladder, and rectum, compared to manual contouring, and suggested adoption of AST in clinical practice.
Finally, the fourth study investigated the long-term toxicity after biologically guided radiotherapy in men with localized prostate cancer. Carbon-11 acetate (11C-ACE) PET-CT was used to guide dose escalation into metabolically active intraprostatic lesions. 11C-ACE PET-guided radiotherapy was feasible and well tolerated. Although erectile dysfunction was relatively common, severe gastro-intestinal symptoms were very rare, and no grade 3 genitourinary symptoms were present at five years after radiotherapy.
The findings of this thesis have potential to improve diagnostic imaging and radiotherapy planning in primary and metastatic prostate cancer. Eventually, they are likely to improve patients’ quality of life and survival.
KEYWORDS: prostate cancer, magnetic resonance imaging, positron emission tomography, radiotherapy planning, toxicity, bone metastasis
Eturauhassyöpä on miesten yleisin syöpä Suomessa. Sen taudinkuva vaihtelee laajasti rauhallisesta aggressiiviseen ja tappavaan. On oleellista, että taudin luonne arvioidaan tarkasti, jotta vältytään sen liialliselta hoidolta, tinkimättä erinomaisista hoitotuloksista selviytymisessä ja elämän laadussa. Uudet kuvantamisteknologiat ja automaattityökalut mahdollistavat tämän.
Tämän väitöskirjan ensimmäisessä osatyössä oli tavoitteena arvioida anti-1-amino-3-18Ffluorosyklobutaani-1-karboksyylihappo (18F-FACBC) PET-tietokonetomografiaa (TT), PET-magneettiresonanssikuvantamista (MRI) ja multiparametrista MRI-kuvantamista (mpMRI) eturauhassyövän diagnoosivaiheessa. 18F-FACBC-kertymät olivat tilastollisesti merkitsevästi voimakkaampia korkean Gleason-luokituksen kasvaimissa, joten yhdistettyä PET-MRI-kuvantamista voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi kohdennetussa koepalojen otossa. 18F-FACBC PET-MRI oli parempi kuin PET-TT ja samanveroinen kuin mpMRI eturauhassyövän diagnostiikassa. PET-MRI ja mpMRI eivät havainneet alle 8 mm:n läpimittaisia imusolmukemetastaaseja. 18F-FACBC PET-MRI on lupaava kuvantamismuoto eturauhassyövän diagnostiikassa, erityisesti kajoavia hoitoja suunniteltaessa, mutta ei korvanne mpMRI:a kliinisessä käytössä.
Toinen osatyö käsitteli luustoetäpesäkkeiden toteamista eri kuvantamismenetelmillä korkean uusiutumisriskin eturauhas- ja rintasyöpäpotilailla. Kaikille potilaille tehtiin 99mTc-HDP luustokarttakuvaus, 99mTc-HDP SPECT, 99mTc-HDP SPECT-TT, 18F-NaF PET-TT ja koko kehon MRI diffuusiopainotettuna (wbMRI+DWI). 99mTc-HDP SPECT-TT, 18F-NaF PET-TT ja wbMRI+DWI olivat perinteistä luustokarttaa herkempiä luustometastaasien toteamisessa, koska epäspesifeiksi määriteltyjä muutoksia oli vähemmän. wbMRI+DWI osoitti yhtäläistä tarkkuutta luustometastaasien diagnosoinnissa 18F-NaF PET-TT:n verrattuna, joten sitä voitaisiin hyödyntää, käytettäessä vain yhtä kuvantamistapaa näiden potilaiden luustometastaasien toteamiseen.
Kolmas osatyö arvioi ja validoi täysin automaattisen piirtotyökalun käyttöä MRI-pohjaisen sädehoidon suunnittelussa eturauhassyöpäpotilailla. Työkalu suoriutui hyvin eturauhasen, virtsarakon ja peräsuolen rajauksesta asiantuntijan käsin tekemiin rajauksiin verrattuna, puoltaen työkalun käyttöä luotettavasti myös kliinisessä työssä.
Viimeisenä, neljännessä osatyössä arvioitiin biologisesti ohjatun eturauhassyövän sädehoidon aiheuttamia pitkäaikaishaittoja. Hiili-11 asetaatti (11C-ACE) PET-TT-kuvantamisen avulla suunniteltiin sädehoito, jossa metabolisesti aktiivisiin eturauhasen
sisäisiin muutoksiin kohdistettiin korkeammat sädeannokset. 11C-ACE-PET-TT-ohjattu sädehoito oli toteuttamiskelpoinen ja hyvin siedetty. Vaikka erektiohäiriöt olivat suhteellisen yleisiä, vakavat suoliston haittavaikutukset olivat hyvin harvinaisia, eikä kolmannen asteen virtsateiden haittavaikutuksia esiintynyt lainkaan viiden vuoden kuluttua sädehoidosta.
Tämän väitöskirjan löydökset voivat parantaa eturauhassyövän primaaridiagnostiikan kuvantamista ja sädehoidon suunnittelua, sekä luustoetäpesäkkeiden diagnostiikkaa. Näin voidaan kohentaa potilaiden elämänlaatua ja selviytymistä.
AVAINSANAT: Eturauhassyöpä, magneettikuvaus, positroniemissiotomografia, sädehoidon suunnittelu, haittavaikutukset, luuston etäpesäkkeet
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2895]