Einfluss von Titan vs. Carbon-PEEK Implantaten auf die post-operative Photonen-Bestrahlungstherapie nach Tumor-Wirbelsäulenchirurgie - Eine präklinische Phantom-Modell-Studie

Fragestellung: Durch die Verwendung von Metallimplantaten in der Tumor-Wirbelsäulenchirurgie entstehen Artefakte in Planungs-CTs für die postoperative Bestrahlung, die die CT-Bildqualität beeinträchtigen und damit die Konturierung und Dosisberechnung in der Strahlentherapie beeinflussen. Implantate aus kohlefaserverstärktem Poly-Ether-Ether-Keton (CFR-PEEK) sind weitestgehend röntgenstrahlendurchlässig und erzeugen daher weniger Artefakte im CT. Es stellt sich somit die Frage nach dem Einfluss von Titanimplantaten im Vergleich zu CFR-PEEK-Implantaten auf den Photonen-Bestrahlungsprozess nach Wirbelsäulenoperationen. Diese wurden in dieser Studie mittels Film-Dosimetrie in einem Phantommodell untersucht.

Methodik: Ein antropomorphes Oberkörperphantom mit den folgenden austauschbaren vier Implantat-Inserts wurde zur Planung und Bestrahlungssimulation angefertigt und genutzt: (1) Native Wirbelsäule, (2) Titan-Pedikelschrauben mit ventralem

Titan-Wirbelkörperersatz, (3) Carbon-PEEK-Pedikelschrauben mit ventralem Carbon-PEEK-Wirbelkörperersatz und (4)

Carbon-PEEK-Pedikelschrauben mit Titan-Tulpen und einem ventralen Wirbelkörperersatz aus Carbon-PEEK. Nach CT-Scan wurden für die folgenden klinischen Bedingungen Planungszielvolumina (PTV) konturiert: (1) Palliativeinstellung mit dem in der PTV enthaltenen Rückenmark, (2) Wirbelsäulenmetastase mit paraspinalem Tumoranteil, der mit kurativer Absicht bestrahlt wird und das Rückenmark ausspart. Mit dem Planungssystem Varian Eclipse wurden Pläne für die konventionelle Bestrahlung und volumenmodulierte Bestrahlungspläne (VMAT) mit einer Dosisfraktion von 2 Gray erstellt. Alle Pläne verwendeten 6 MV-Photonen und wurden auf einem Varian Unique Linac durchgeführt. Die Dosisverteilung wurde in der Nähe der Implantate mit

Gaf-Chromic-Film-Dosimetern in einer frontalen Ebene des Phantoms gemessen, die auf dem Niveau des Rückenmarks lag.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Bei einem einzelnen dorsalen statischen Feld führt die Störung durch Titanimplantate zu Dosisabweichungen mit Dosis-Abfällen und -Spitzen («Hot and Cold Spots») bis zu 20% der Dosis, die ohne Implantate erwartet wird. Das Behandlungsplanungssystem ist nicht in der Lage, dieses Verhalten vollständig zu reproduzieren. Der Effekt wird mit zunehmender Komplexität der angewandten Behandlungspläne geringer: In einem konventionellen Bestrahlungsplan, der aus zwei dorsalen Feldern besteht, beträgt die gemessene Dosisabweichung für das Titanimplantat 10%. Die angewandten

VMAT-Pläne wurden weniger durch Implantate beeinflusst. Bei reinen CFR-PEEK-Implantaten sind die Dosisabweichungen in der Messebene für alle Pläne kleiner als 5%. CFR-PEEK-Implantate führen zu sehr ähnlichen Dosisverteilungen im Vergleich zu Berechnungen ohne Implantate.

Titanimplantate verursachen in der postoperativen Wirbelsäulenbestrahlung messbare Dosisabweichungen, die von der Komplexität des Strahlenplans abhängen. Implantate aus Carbon-PEEK-Material können diese Abweichungen minimieren.

Stichwörter: postoperative Strahlentherapie; Wirbelsäulenmetastasen; Tumororthopädie; Radiatio; Carbonimplantate

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Article published online:
15 October 2020