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- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-539885
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.53988
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 6 April 2023 |
| Referee: | Prof. Dr. Oliver Kölbl and Prof. Dr. Dr. Torsten E. Reichert |
| Date of exam: | 17 March 2023 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Strahlentherapie |
| Keywords: | Strahlentherapie, radiotherapy, volume effects, Volumeneffekte, Speicheldrüsen, salivary glands, xerostomia, dsyphagia, Dysphagie, Xerostomie, Mundtrockenheit |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 53988 |
Abstract (English)
1.1 Purpose Head and neck tumors are common cancer in Germany that registers approximately 17.000 new cases annually.[1] Because of the anatomical location and relatively high radiosensitivity of the tumors, radiotherapy (RT) and radiochemotherapy (RCT) are the treatments of choice.[2–4] In the last two decades, many efforts have been made to characterize anatomic changes of salivary glands ...
Abstract (English)
1.1 Purpose
Head and neck tumors are common cancer in Germany that registers approximately 17.000 new cases annually.[1] Because of the anatomical location and relatively high radiosensitivity of the tumors, radiotherapy (RT) and radiochemotherapy (RCT) are the treatments of choice.[2–4]
In the last two decades, many efforts have been made to characterize anatomic changes of salivary glands and the resulting toxicities (especially xerostomia) after radiotherapy.[5–18]
Recent literature reviews confirmed that gland volumes are reduced after radiotherapy and xerostomia is linked to changes in volume and composition of salivary glands.[9, 17–19]
The purpose of this thesis was to determine the effects of radiotherapy on salivary glands, especially their volume and toxicities, in our patient collective to minimize toxicities and to improve quality of life in patients with head and neck tumors.
1.2 Materials and Methods
We identified 269 patients matching our inclusion criteria. From these, 225 patients were excluded as described in section 4.1. Finally 44 patients with head and neck cancer treated with radiotherapy between 2011 and 2015 participated in the study.
Dose levels (D5 to D95) and mean dose were determined for each parotid and submandibular gland from dose-volume histograms (DVHs). Toxicities (xerostomia and dysphagia) and gland volumes were measured before treatment and after 1, 3, 6, and 12+ months after the completion of the treatment.
The data was analyzed using Python[20], Pandas[21] and R[22].
1.3 Results
The final patient collective contained 44 patients between 48 and 77 years of age with 41 male and three female patients. Thirteen patients received radiotherapy (RT) only, 31 received both radio- and chemotherapy (RCT).
Gland volumes decreased by an average of 34% (parotids) and 18% (submandibulars) after RT. Volumes of neither parotids nor submandibular glands were recovering within the first 36 months after end of treatment.
There was no difference between treatment (RT vs.RCT) or tumor location groups in gland volume decrease.
A weak correlation was found between gland volume changes and mean gland doses. One tumor location group (tumors of the nasopharynx, NAS) received significantly lower doses than the other groups (p < 0.01).
Post-RT xerostomia is not significantly different from pre-RT xerostomia (p = 0.08). Xerostomia at three, six and twelve months after end of RT are each significantly higher than pre-RT (p < 0.001 each).
Post-RT dysphagia is significantly different from pre-RT dysphagia (p < 0.001). Dysphagia at three, six and twelve months after end of RT are also significantly higher than pre-RT (p < 0.001 each). Dysphagia at three, six and twelve months after end of RT are not significantly different from dysphagia after RT (p > 0.05 each) indicating there is no recovery within this timeframe.
We found significant differences between tumor location group dysphagia means for the NAS group (12 months, p < 0.01) and the MULTI group (3 months, p < 0.01). Xerostomia was not present before RT in either of the tumor location groups. In the LAR and ORO groups xerostomia was developed earlier (after RT) than in the other ones (after approximately three months). Except for the MUN and ORO groups, dysphagia was already present before RT. The MULTI group showed the largest increase in dysphagia within the first three months after end of RT and decreased afterwards. Dysphagia peaked at 3–6 months in all groups and decreased afterwards.
No significant correlations between xerostomia and gland volume changes could be identified. Also, no significant correlations between dysphagia and gland volume changes or between toxicities and treatment (RT vs.RCT) could be identified.
Starting at approximately three months after end of RT the grades of xerostomia are clearly associated with the received mean parotid gland dose - the more dose the parotids received, the higher the grade of xerostomia. There is no evidence for correlation of mean gland dose for the submandibular glands with neither xerostomia nor dysphagia.
1.4 Discussion
A limiting factor for deductions from results in this thesis might be the relatively small number of patients with complete data sets (N = 44). As we started with N = 269 patients and carefully selected and documented our selection process (for details please see section 4.1) our basis looks solid: We not only could reproduce the changes in gland volume as described in literature (for details please see section 4.5) but also expand the data sets available for volume changes of the submandibular glands.
Although we only had complete data sets for N = 44 patients we could determine new information about the development of toxicities and volume changes: We found and reported data for up to 36 months after end of radiotherapy in this thesis, which has rarely been reported16 so far.
There are two interesting questions arising as a conclusion of the changes in gland volume shown in this thesis:
- Are there significant changes in the anatomy with respect to the salivary glands with effects on the regions of interest?
- As a result of these eventual changes in anatomy, is there an option for re-planning during radiotherapy to further minimize the side effects and toxicities?
Answering these two questions could eventually lead to increase in the quality of life for patients with head and neck tumors treated with radio- or radiochemotherapy.
Translation of the abstract (German)
Zielsetzung Tumoren von Kopf und Hals sind weit verbreitete Krebsarten in Deutschland mit etwa 17.000 Neuerkrankungen jährlich.[1] Durch die anatomischen Gegebenheiten und der relativ hohen Strahlenempfindlichkeit dieser Tumoren sind Radiotherapie bzw. Radiochemotherapie die Therapie der Wahl.[2–4] In den letzten zwei Jahrzehnten wurden einige Arbeiten zur Charakterisierung von ...
Translation of the abstract (German)
Zielsetzung
Tumoren von Kopf und Hals sind weit verbreitete Krebsarten in Deutschland mit etwa 17.000 Neuerkrankungen jährlich.[1] Durch die anatomischen Gegebenheiten und der relativ hohen Strahlenempfindlichkeit dieser Tumoren sind Radiotherapie bzw. Radiochemotherapie die Therapie der Wahl.[2–4]
In den letzten zwei Jahrzehnten wurden einige Arbeiten zur Charakterisierung von anatomischen Veränderungen von Speicheldrüsen und den resultierenden Toxizitäten unter Radiotherapie veröffentlicht.[5–18]
Auch Übersichtsarbeiten der letzten Jahre bestätigen Volumenveränderungen, speziell Ver- kleinerungen, von Speicheldrüsen sowie einen vermuteten Zusammenhang von Mundtrocken- heit (Xerostomie) mit veränderten Volumina und der Zusammensetzung des Speichels unter Radiotherapie.[9, 17–19]
Die Zielsetzung dieser Arbeit war die Identifikation und eine Quantifizierung von Effekten der Radiotherapie auf Speicheldrüsen, speziell ihrer Volumina und die Toxizitäten, um so die Le- bensqualität von Patientinnen und Patienten mit Kopf-Hals-Tumoren langfristig zu verbessern.
Material & Methoden
Wir identifizierten 269 Patientinnen und Patienten, die unsere initialen Einschlußkriterien erfüllten. Von diesen 269 wurden 225 wegen den im Abschnitt 4.1 detailliert beschriebenen Kriterien (unter anderem Überlebenszeit, palliative Situation, CUP-Syndrom etc.) von der weiteren Auswertung ausgeschlossen. In der endgültigen Probandengruppe befanden sich 44 Personen mit Tumoren von Kopf und Hals, die zwischen 2011 und 2015 am Uniklinikum Regensburg Radiotherapie erhielten.
Dosisebenen (D5 bis D95) und mittlere Dosis wurden für je beide Parotiden sowie beide Glandulae submandibulares aus den Dosis-Volumen-Histogrammen (DVH’s) bestimmt. Die Toxizitäten (Xerostomie und Dysphagie) sowie die Volumina der Speicheldrüsen wurden vor der Therapie, nach dem Ende der Bestrahlung, sowie nach drei, sechs, und zwölf Monaten und zusätzlich variabel zu Zeitpunkten bis zu 36 Monaten1 nach dem Ende der Bestrahlung gemessen.
Unsere gesammelten Daten wurden mit Hilfe von Python[20], Pandas[21] und R[22] aufbereitet und analysiert.
Ergebnisse
Die endgültige Patientengruppe bestand aus 44 Personen im Alter zwischen 48 und 77 Jahren mit 41 männlichen Patienten sowie drei weiblichen Patientinnen. Dreizehn Personen wurden mit Ra- diotherapie (RT) alleine behandelt, 31 erhielten sowohl Radio- als auch zusätzlich Chemotherapie (RCT).
Die Volumina der Speicheldrüsen verkleinerten sich im Durchschnitt um 34% (Parotiden) sowie 18% (Submandibulares) im Vergleich zwischen vor und nach dem Ende der Therapie. Weder die Volumina der Parotiden noch die der Submandibulares erholten sich innerhalb von 36 Monaten nach Ende der Therapie.
Es gab keinen nachweisbaren Unterschied zwischen den beiden Behandlungsgruppen (RT versus RCT) und ebenfalls keinen Unterschied in unseren Gruppen der Lokalisationen der Tumoren im Bezug zur Volumenänderung.
Wir konnten eine schwache Korrelation zwischen der Volumenänderung und der mittleren Dosis nachweisen.8 Eine Lokationsgruppe (Tumoren der Nasopharynx, NAS) erhielten signifikant weniger Dosis als alle anderen Gruppen (p < 0.01).9
Xerostomie nach Ende der Therapie unterscheidet sich nicht signifikant von der Xerostomie vor Beginn der Therapie (p = 0.08). Die Xerostomie an den Zeitpunkten drei, sechs, und zwölf Monate nach Ende der Therapie sind signifikant höher als vor Therapiebeginn (p < 0.001 für alle diese Zeitpunkte).
Dysphagie nach Ende der Therapie unterscheidet sich signifikant von der vor Therapiebeginn (p < 0.001). Dysphagie an den Zeitpunkten drei, sechs, und zwölf Monate nach Ende der Therapie sind ebenfalls signifikant höher als vor Therapiebeginn (p < 0.001 für alle diese Zeitpunkte). Die Dysphagie zu diesen Zeitpunkten unterscheidet sich nicht signifikant von der nach Therapieende (p > 0.05 für alle), worin sich zeigt, daß es hier wohl ebenfalls keine Erholung nach Therapieende gibt.
Wir fanden signifikante Unterschiede der Dysphagie zwischen den Lokationsgruppen der NAS Gruppe (12 Monate, p < 0.01) sowie der MULTI Gruppe (3 Monate, p < 0.01). Es gab keine Xerostomie vor Therapiebeginn in keiner der Lokationsgruppen. In den LAR und ORO (Tumoren des Oropharynx) entwickelte sich Xerostomie früher als in den restlichen Gruppen (ungefähr drei Monate nach Therapieende). Dysphagie war teilweise bereits vor der Therapie existent, mit Ausnahme der MUN und ORO Gruppen. Die MULTI Gruppe zeigte die stärkste Zunahme von Dysphagie innerhalb der ersten drei Monate nach Therapieende, mit Rückgang danach. Die Dysphagie war am stärksten 3–6 Monate nach Therapieende und danach in allen Gruppen rückläufig.
Wir konnten keinen signifikanten Zusammenhang zwischen Xerostomie und Drüsenvolumen zeigen. Ebenso konnten wir keinen signifikanten Zusammenhang zwischen Dysphagie und Drüsenvolumen zeigen.
Beginnend etwa drei Monate nach Therapieende zeigte sich ein deutlicher Zusammenhang von Xerostomie und der mittleren Dosis, die die Drüsen erhalten hatten: Je größer die Dosis, desto höher der Grad der Xerostomie. Wir konnten andererseits keinen signifikanten Zusammenhang zwischen der erhaltenen Dosis der Submandibulares mit dem berichteten Grad der Xerostomie finden.
Diskussion
Die prominenteste Limitation dieser Arbeit ist wohl die Größe der endgültigen Probandengruppe von nur N =44 Personen mit vollständigen Datensätzen. Da wir aber mit N = 269 Personen begonnen haben (Details zur Auswahl im Abschnitt 4.1), scheinen wir trotz allem eine solide Datenbasis zu haben: Wir konnten nicht nur die in der Literatur beschriebenen Volumenänderun- gen der Speicheldrüsen nachvollziehen (Details im Abschnitt 4.5), sondern auch die spärliche Datenlage zu den Glandulae submandibulares verbessern.
Darüber hinaus konnten wir auch neue Daten zur Entwicklung von Toxizitäten und Volumen- änderungen erheben: Wir können in dieser Arbeit auch über Zeitpunkte bis zu 36 Monate nach Therapieende berichten. Solche Berichtszeiträume sind in der einschlägigen Literatur selten.
Als Resultat der von uns gezeigten signifikanten Volumenänderungen stellen sich uns schlußend- lich zwei wichtige weiterführende Fragen:
- Gibt es aufgrund der Volumenänderungen signifikante Änderungen in der Geometrie anatomischer Gegebenheiten, insbesondere in der Lage der Speicheldrüsen in Bezug auf die ROI’s (regions of interest)?
- Als Resultat dieser eventuellen Änderungen der anatomischen Gegebenheiten, gibt es die Möglichkeit bzw. gar eine Notwendigkeit, die Therapieplanung während der laufen- den Bestrahlung, zwischen den fraktionierten Bestrahlungen, zu re-evaluieren, um die Nebenwirkungen und Toxizitäten der Therapie zu verringern?
Antworten auf diese beiden oben genannten Fragen könnten zu einer merklichen Verbesserung der Lebensqualität von Patientinnen und Patienten mit Tumoren von Hals und Kopf unter Strahlentherapie beitragen.
Metadata last modified: 06 Apr 2023 04:38
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