Tim Schakel

Radiotherapie wordt vaak toegepast als behandeling van hoofd-hals kanker. Het doel van radiotherapie is het doden van kankercellen met behulp van ioniserende straling. Hoe hoger de stralingsdosis, hoe hoger de kans dat onherstelbare schade wordt aangericht bij de kankercellen. De ioniserende straling kan echter ook schade doen aan het omliggende gezonde weefsel. Het is daarom belangrijk dat de stralingsdosis aan het omliggende weefsel tot een minimum beperkt blijft.

Met moderne radiotherapie technieken is het mogelijk om de dosis driedimensionaal te vormen naar de contouren van de tumor. Op deze manier kan er een hoge dosis afgegeven worden op de tumor, terwijl de dosis aan het omliggende gezonde weefsel minimaal is. Een belangrijke voorwaarde voor de succesvolle toepassing van radiotherapie is dan ook een nauwkeurige definitie van het te behandelen doelvolume.

Bij het definiëren van het doelvolume, ook wel intekenen genoemd, wordt gebruik gemaakt van driedimensionale medische beeldvormingstechnieken. Bij het intekenen van de tumor voor radiotherapie van hoofd-hals kanker wordt veelal gebruik gemaakt van CT (computed tomography) en PET (positron emission tomography). Echter, wordt ook MRI (magnetic resonance imaging) steeds vaker gebruikt voor de tumor intekening. MRI heeft een superieur weke delen contrast en is zeer flexibel, het is in staat om via verschillende MRI sequenties beelden met een aantal verschillende contrasten te genereren.

Een van die contrasten is gebaseerd op verschillen in de vrije diffusie van water tussen weefsels, diffusie gewogen MRI (DW-MRI). DW-MRI meet de microscopische mobiliteit van watermoleculen in weefsel. Gedreven door thermische energie verplaatsen watermoleculen zich en afhankelijk van de omgeving zal deze verplaatsing in meer of mindere mate beperkt worden. In het menselijk lichaam zal de vrije verplaatsing van watermoleculen gehinderd worden door aanwezige structuren zoals celmembranen, andere moleculen en weefselorganisatie. Deze beperkte verplaatsing wordt ook wel diffusie restrictie genoemd. Weefsels met een hogere celdichtheid, zoals tumoren, zullen dus veel diffusie restrictie laten zien. Dit maakt dat het diffusie contrast, DW-MRI, een zeer interessante beeldvormende techniek is voor gebruik bij het intekenen van tumoren in hoofd-hals radiotherapie.

Dit proefschrift richt zich op het gebruik van DW-MRI binnen de hoofd-hals radiotherapie, in het specifiek voor tumor intekening.

Een belangrijke voorwaarde voor het gebruik van een beeldvormende techniek is de geometrische nauwkeurigheid van deze techniek. In hoofdstuk 2 wordt de geometrische nauwkeurigheid van de meest gebruikte methode van het verkrijgen van DW-MRI beelden, EPI (echo planar imaging), geëvalueerd. De EPI uitleestechniek is zeer gevoelig voor geometrische vervormingen, met name nabij luchtholtes. Deze luchtholtes veroorzaken namelijk verstoringen van het magnetisch veld en dit heeft invloed op de positie codering in DW-EPI. De gevonden geometrische vervormingen zijn dermate groot dat de beelden, gemaakt met DW-EPI, ongeschikt zijn voor gebruik bij tumor intekening.

In hoofdstuk 3 wordt een alternatieve techniek voorgesteld voor het vervaardigen van diffusie gewogen beelden: DW-SPLICE. De DW-SPLICE techniek maakt gebruik van een andere uitleesmodule die veel minder gevoelig is voor geometrische vervormingen. De geometrische vervormingen van DW-SPLICE zijn van dezelfde grootte als conventionele, anatomische, MRI sequenties die reeds gebruikt worden binnen de hoofd-hals radiotherapie.

Het gebruik van DW-SPLICE beelden voor tumor intekening wordt in hoofdstuk 4 geëvalueerd. Tumor intekeningen op DW-SPLICE beelden worden vergeleken met automatische intekeningen op PET. Van deze automatische intekeningen op PET is uit validatiestudies bekend dat deze een zeer goede benadering geven van de daadwerkelijke tumor, zoals bepaald op histopathologie. De tumor intekeningen op DW-SPLICE laten sterke overeenkomsten zien met deze automatische intekeningen op PET. Tevens is hier gekeken naar de variatie in intekeningen op DW-SPLICE tussen verschillende intekenaars (observers). Deze interobserver variatie bleek laag te zijn, ook in vergelijking met andere interobserver studies in de literatuur.

Hoofdstuk 5 presenteert een uitbreiding van de DW-SPLICE techniek waarbij geprobeerd wordt om de vetonderdrukking te verbeteren. Bij de acquisitie van de beelden worden extra metingen verricht zodat het mogelijk wordt om water-vet separatie toe te passen. De combinatie van DW-SPLICE met water-vet separatie kan het mogelijk maken om een meer robuuste en meer homogene vetsuppressie te bewerkstelligen in het hoofd-hals gebied.

Voor de juiste interpretatie van beeldvormende technieken is validatie met histopathologie de gouden standaard. Bij gevorderd strottenhoofdkanker wordt soms het hele strottenhoofd chirurgisch verwijderd (laryngectomie). Na de laryngectomie wordt het chirurgisch preparaat verwerkt en een patholoog bepaalt onder de microscoop de grenzen van de tumor. Het preparaat wordt digitaal gereconstrueerd tot een 3D volume en gekoppeld aan de beeldvorming voorafgaand aan de operatie. Op deze manier kan de beeldvorming gevalideerd worden. Een dergelijke studie is momenteel gaande en in hoofdstuk 6 worden de eerste resultaten van een patiënt gepresenteerd. De eerste resultaten laten zien dat het doelvolume, ingetekend op DW-SPLICE, een sterke overeenkomst laat zien met de daadwerkelijk tumor op histopathologie. Dit suggereert dat diffusie gewogen MRI van grote waarde kan zijn bij de intekening van de tumor. Echter, zullen de volledige resultaten van alle patiënten moeten worden afgewacht voordat definitieve conclusies getrokken kunnen worden.

In dit proefschrift is het gebruik van diffusie gewogen MRI bij het intekenen van de tumor in hoofd-hals tumoren beschreven. Bij deze toepassing dient rekening te worden gehouden met de mogelijk beperkte geometrische nauwkeurigheid van de beelden. Wanneer diffusie gewogen beelden met voldoende geometrische nauwkeurigheid kunnen worden vervaardigd dan kunnen deze van veel waarde zijn bij het intekenen van hoofd-hals tumoren.