Herausragendes Qualitätsmanagement

Die Qualitätssicherung der CyberKnife Behandlung ist in unseren Radiochirurgie Zentren gelebte Praxis. Unsere enge Verbindung zur medizinischen und technischen Wissenschaft ist neben einer jahrzehntelangen Erfahrung in der Entwicklung der CyberKnife Technologie die beste Gewähr für höchste Qualitätsansprüche. Mit dem Einsatz und der Veröffentlichung unseres umfangreichen Qualitätsmanagement-Programms zur Auswertung der CyberKnife Behandlungsplanung, der Applikationsgenauigkeit und der Effektivität der Therapie stellen wir sicher, dass nicht nur unsere Patienten von einer herausragenden Qualität profitieren, sondern alle CyberKnife Patienten weltweit.

Wir setzen mit unseren Arbeiten neue Standards für die Qualität der CyberKnife Radiochirurgie. Unser Qualitätsmanagement wurde 2016 von der Deutschen Gesellschaft für Radioonkologie (DEGRO) mit dem Preis für Hochpräzision-Strahlentherapie ausgezeichnet.

Hintergrund

Weltweit gibt es derzeit etwa 300 CyberKnife Systeme, europaweit sind es etwa 80. In Deutschland waren Ende 2018 insgesamt 11 CyberKnife Systeme an unterschiedlichen Standorten im Einsatz. Während der Behandlung wird ein Miniaturlinearbeschleuniger (6MV) auf dem Roboterarm des CyberKnife durch Stereo-Röntgenaufnahmen bildgeführt. Abweichungen zwischen der im Bestrahlungsplan definierten und der reellen Patientenposition im Behandlungsraum werden durch die automatische Robotersteuerung ausgeglichen. An der Weiterentwicklung und technischen Vereinheitlichung dieser sehr hohen technischen Präzision arbeiten wir kontinuierlich weiter.

In unseren Saphir Zentren in Kiel und Frankfurt am Main wird das CyberKnife ganzheitlich klinisch und medizin-physikalisch evaluiert. Primärer Fokus unserer Arbeit ist seither die Einführung neuer Messtechniken und Methoden zur CyberKnife Qualitätssicherung und die klinische Evaluation für die in Deutschland noch jungen Indikationsfelder der Radiochirurgie. In verschiedenen nationalen und internationalen Arbeitsgruppen setzen wir uns führend mit Empfehlungen für neue Qualitätsstandards und Optimierung zukünftiger Behandlungen ein.

Ablauf Qualitätssicherung

Wir haben ein ganzheitliches Qualitätsmanagement für die radiochirurgische Behandlung am CyberKnife entwickelt, um den hohen Anforderungen der Technologie gerecht zu werden. Es umfasst die Maschinen- und patienten-spezifische Qualitätssicherung, die Qualitätsverbesserung der Behandlungs- und Bestrahlungsplanung, die Überwachung der eigentlichen CyberKnife Therapie, sowie die Fehleranalyse während und nach der Behandlung und vor allem die Ergebnisauswertungen im Verlauf der Nachsorge.

Für die Behandlungsplanung entwickelten wir speziell für Lungenbehandlungen einen Entscheidungsbaum, durch den unnötige Marker-Implantationen mit hohem Risiko weitgehend vermieden werden können [1]. Zudem haben wir uns nach der Mitentwicklung von Planungsalgorithmen, die heute an jedem CyberKnife verwendet werden, intensiv mit dem tatsächlichen Einsatz der Bestrahlungsplanung in der Klinik auseinandergesetzt. Wir wollten untersuchen, wie die Planqualität bei einzelnen Anwendern weltweit divergiert und stellten fest, dass bis zu 20% Unterschied in der Qualität vorherrscht [2]. Mit diesen Arbeiten konnten wir nicht nur unsere eigene Qualität verifizieren, sondern insgesamt die Bestrahlungsplanung vieler Anwender entscheidend verbessern.

Zudem ist für die Bestrahlungsplanung seit einiger Zeit bekannt, dass die Dosis in der Lunge durch den Standard-Dosisalgorithmus stark unterschätzt wird. Eine Empfehlung den MonteCarlo Dosisalgorithmus zu verwenden wird zwar ausgesprochen und wir verwenden diesen routinemäßig, dennoch fehlt es an Richtlinien und Standardisierungen. Aus diesem Grund verglichen wir zur Qualitätssicherung bei allen unseren Patienten die beiden Dosisberechnungsalgorithmen des CyberKnife, um eine bessere Empfehlungsbasis zu generieren [3]. Abschließend arbeiten wir im Rahmen von nationalen Arbeitsgruppen maßgeblich an Empfehlungen zur Optimierung und Harmonisierung der  Bestrahlungsplanung für die Radiochirurgie [4].

[1] Blanck O, et al. Robotergestützte Radiochirurgie von Lungentumoren mit markerlosem Tracking. Strahlenther Onkol. 2015;191(Supplement 1):24.
[2] Blanck O, et al. Inverse Treatment Planning for Spinal Robotic Radiosurgery: An International Multi-Institutional Benchmark Trial. J Appl Clin Med Phys. 2016;17(3):6151.
[3] Blanck O, et al. Monte-Carlo-Dosisberechnungen für robotergestützte Radiochirurgie in 150 Fällen: Verschreiben wir die richtige Dosis? Strahlenther Onkol. 2012;188(Supplement 1):3-180.
[4] Moustakis C, et al. Planning benchmark study for SBRT of early stage NSCLC: Results of the DEGRO Working Group Stereotactic Radiotherapy. Strahlenther Onkol. 2017;193(10):780-790.

Neben internationalen Empfehlungen entwickelten wir vor allem eigene Protokolle, um die Qualitätssicherung am CyberKnife deutlich zu verbessern. Zudem haben wir die neue Kleinfelddosimetrie-Norm (DIN 6809-8) für das CyberKnife mitgestalten können und zeigten in messtechnischen Kontrollen durch eine verbesserte Kalibrierung des CyberKnife Dosisfehler von unter 0.2% (einem weltweiten Spitzenwert in der Strahlentherapie).

Wichtig war uns vor allem die patienten-spezifische Qualitätssicherung, da jeder Behandlungsplan einmalig ist. Mit einigen Industriepartnern entwickelten wir neue Analyse- und Akzeptanzprotokolle für das CyberKnife und zeigten, dass die angepriesene Genauigkeit des CyberKnife auch nur mit guten Messmethoden verifiziert werden kann [5, 6]. Zusammen mit unseren universitären Partnern verifizierten wir weiter das Trackingsystem des CyberKnife und verglichen unsere Ergebnisse mit anderen Systemen und Messmitteln [7, 8]. Die Ergebnisse unserer Messungen und die Genauigkeit des CyberKnife im Vergleich zu anderen Systemen sind dabei bestechend.

[5] Blanck O, et al. Film-Based Delivery Quality Assurance for Robotic Radiosurgery: Commissioning and Validation. Phys Med. 2015;31(5):476-83.
[6] Blanck O, et al. High Resolution Ion Chamber Array Delivery Quality Assurance for Robotic Radiosurgery: Commissioning and Validation. Phys Med. 2016;32(6):838-46.
[7] Sothmann T, et al. Real time tracking in liver SBRT: comparison of CyberKnife and Vero by planning structure-based γ-evaluation and dose-area-histograms. Phys Med Biol. 2016;61(4):1677-91.
[8] Colvill E, et al. A dosimetric comparison of real-time adaptive and non-adaptive radiotherapy: A multi-institutional study encompassing robotic, gimbaled, multileaf collimator and couch tracking. Radiother Oncol. 2016;119(1):159-65.

Nach erfolgreicher Qualitätssicherung des Systems und des Behandlungsplans wird die Behandlung unter Dokumentation aller Systemeinstellungen durchgeführt. Trotz bewiesen hoher Applikationsgenauigkeit ist das Problem bei CyberKnife Behandlungen, wie auch bei den meisten Strahlentherapien das Fehlen unabhängiger Systeme zur kontinuierlichen Überwachung und Qualitätssicherung des eigentlichen Behandlungsablaufs. Wir untersuchen daher intensiv unsere Patienten Immobilisations- und Zielführungstechniken [9] und verwendeten erstmalig weltweit eine neues Ultraschall-Tracking System zur unabhängigen Qualitätssicherung [10]. Weitere Video-basierte Überwachungssysteme befinden sich derzeit in der Prototypen-Entwicklung.

Die Abschätzung der tatsächlichen Dosisabgabe im Patienten ist ein wichtiger Bestandteil unserer Qualitätssicherung, die jedoch nur in sehr wenigen Zentren weltweit durchgeführt wird. Wir untersuchen z.B. erstmals neue Ansätze zur Analyse der klinischen Behandlungsgenauigkeit am CyberKnife anhand von Simulationen mit selbst entwickelten Planungssystemen, die als Vorlage für die heutigen klinischen Planungssysteme am CyberKnife dienen. Die Analysen sollen uns helfen, die Behandlungsdurchführung effektiv zu verbessern und ggf. dem Hersteller neue Anregungen zur Weiterentwicklung des CyberKnife zu geben. In unseren Analysen konnten wir bislang zeigen, dass die Genauigkeit der Dosisapplikation im wie auch außerhalb des Kopfes in der Tat exzellent ist [11-13], es aber auch zu Limitierungen bei komplexen Atmungsbewegungen kommen kann – Informationen, die Anwendern bewusst sein sollten, um Fehler zu vermeiden.

Am Ende möchte man jedoch wissen, wie genau die Bestrahlung im Patienten direkt gewirkt hat; ein Projekt welches wir weltweit einmalig in Zusammenarbeit mit unseren Forschungspartnern am Universitätsklinikum Mannheim durchgeführt haben [14, 15]. Wir konnten nicht nur zeigen, welche Strahlendosen genau welche Effekte in der Leber auslösen, sondern zeigten erstmals auch die wahre klinische Genauigkeit der CyberKnife Radiochirurgie bei hochkomplexen Lebertumor-Behandlungen, die unsere Erwartungen sogar noch übertroffen hat.

[9] Blanck O, et al. Patient Immobilization and Target Motion Management for Fractionated Intracranial and Uveal Robotic Radiosurgery. Radiotherapy and Oncology. 2012;103(Supplement 1):196-7.
[10] Blanck O, et al. Pilot-Phantomstudie zur ultraschallgeführten, robotergestützten Radiochirurgie. Proceedings 44. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik. 2013;1:122-123.
[11] Blanck O, et al. Matched Pair accuracy analysis of mask-based and mask-less radiosurgery for benign intracranial tumors. Proceedings 63. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Neurochirurgie. 2012;1:87.
[12] Chan MK, et al. Dosimetric Implications of Residual Tracking Errors during Robotic SBRT of Liver Metastases. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2017;97(4):839-848.
[13] Chan MK, et al. Comparison of 3D and 4D Monte Carlo optimization in robotic tracking stereotactic body radiotherapy of lung cancer. Strahlenther Onkol. 2015;191(2):161-171.
[14] Boda-Heggemann J, et al. Direct dose correlation of MRI morphologic alterations of healthy liver tissue after robotic liver SBRT. Strahlenther Onkol. 2018;194(5):414-424.
[15] Boda-Heggemann J, et al. In-vivo treatment accuracy analysis of active motion-compensated liver SBRT through registration of plan dose to post-therapeutic MRI-morphologic alterations. In Press.

Die Nachsorge und die wissenschaftlich klinische Evaluation der Behandlung und die Rückprojektion auf die Behandlungsmethodik ist die wichtigste Qualitätssicherung unseres Qualitätsmanagementprogramms. In Kooperation mit fünf Universitäten (Rostock, Kiel, Lübeck, Frankfurt und Greifswald) untersuchen wir kontinuierlich die Ergebnisse der CyberKnife intrakraniellen [16, 17] und extrakraniellen Radiochirurgie [18-20], welche eindeutig die hohe Effektivität der CyberKnife Radiochirurgie bei sehr niedrigen Nebenwirkungen, vor allem in Kombination mit Immuntherapien, zeigen. Zuletzt konnten unsere akribischen Auswertungen und Ergebnisse auch im Rahmen der Arbeitsgruppe Radiochirurgie und Stereotaxie der Deutschen Gesellschaft für Strahlentherapie (DEGRO) führend zur Weiterentwicklung der Radiochirurgie in Deutschland beitragen [21-31]. Im Rahmen der Arbeitsgruppe konnten wir gemeinschaftlich sogar erstmals einen Überlebensvorteil für bestimmte Patienten (z.B. mit metastasiertem Darmkrebs) nachweisen [32], aber nur unter der Voraussetzung, dass ein gute Lokaltherapie (z.B. Radiochirurgie mit dem CyberKnife) durchgeführt wurde.

[16] Balermpas P, et al. Repeated in-field radiosurgery for locally recurrent brain metastases: Feasibility, results and survival in a heavily treated patient cohort. PLoS One. 2018;13(6):e0198692.
[17] Stera S, et al. Stereotactic radiosurgery combined with kinase- or immune-checkpoint inhibitors for multiple brain metastases from malignant melanoma. In Press.
[18] Andratschke N, et al. Clinical Results of Mean GTV Dose Optimized Robotic Guided SBRT for Liver Metastases. Rad Onc. 2016;11:74.
[19] Stera S, et al. Breathing-motion-compensated robotic guided stereotactic body radiation therapy – Patterns of failure analysis. Strahlenther Onkol. 2018;194(2):143-155.
[20] Baumann R, et al. Clinical Results of Mean GTV Dose Optimized Robotic Guided SBRT for Lung Metastases. Front Oncol. 2018;8:171.
[21] Guckenberger M, et al. Local tumor control probability modeling of primary and secondary lung tumors in stereotactic body radiotherapy. Radiother Oncol. 2016 Mar;118(3):485-91.
[22] Rieber J, et al. Stereotactic Body Radiotherapy(SBRT) for lung metastases, a pooled analysis of German working group „stereotactic radiotherapy“. Lung Cancer. 2016 Jul;97:51-8.
[23] Klement RJ, et al. Bayesian Cure Rate Modeling of Local Tumor Control: Evaluation in Stereotactic Body Radiotherapy for Pulmonary Metastases. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2016 Mar 15;94(4):841-9.
[24] Lang S, et al. Nomogram based overall survival prediction in stereotactic body radiotherapy for oligometastatic lung disease. Radiother Oncol. 2017;123(2):182-188.
[25] Klement R, et al. Stereotactic body radiotherapy for oligo-metastatic liver disease – Influence of pre-treatment chemotherapy and histology on local tumor control. Radiother Oncol. 2017;123(2):227-233.
[26] Andratschke N, et al. The SBRT database initiative of the German Society for Radiation Oncology (DEGRO): patterns of care and outcome analysis of stereotactic body radiotherapy (SBRT) for liver oligometastases in 474 patients with 623 metastases. BMC Cancer. 2018;18:283.
[27] Hoerner-Rieber J, et al. Stereotactic Body Radiotherapy (SBRT) for pulmonary oligo-metastases from renal cell carcinoma- a multicenter analysis of the German working group ”Stereotactic Radiotherapy”. J Thorac Dis 2017;9(11):4512-4522.
[28] Bettinger D, et al. Stereotactic Body Radiation Therapy as an Alternative Treatment for Patients with Hepatocellular Carcinoma Compared to Sorafenib: A Propensity Score Analysis. Liver Cancer. 2018.
[29] Mahadevan A, et al. Stereotactic Body Radiotherapy (SBRT) for Liver Metastasis – Clinical Outcomes from the International Multi-institutional RSSearch® Patient Registry. Radiat Oncol. 2018;13(1):26.
[30] Klement R, et al. Stereotactic body radiotherapy (SBRT) for multiple pulmonary oligometastases: Analysis of number and timing of repeat SBRT as impact factors on treatment safety and efficacy. Radiother Oncol. 2018;127(2):246-252.
[31] Brunner TB, et al. Stereotactic body radiotherapy dose and its impact on local control and overall survival for patients with locally advanced intrahepatic and extrahepatic cholangiocarcinoma. In Press. for Patients Receiving Stereotactic Radiosurgery Alone for Brain Metastases from Breast Cancer. Anticancer Res. 2016 Mar;36(3):1073-6.
[32] Klement R, et al. The impact of local control on overall survival after stereotatic body radiotherapy for liver and lung metastases from colorectal cancer: a combined analysis of 388 patients with 500 metastases. In Press.