Advertisement

Strahlentherapie und Onkologie

, Volume 190, Issue 7, pp 621–627 | Cite as

Application of organ tolerance dose-constraints in clinical studies in radiation oncology

  • Wolfgang DörrEmail author
  • Thomas Herrmann
  • Michael Baumann
Original article

Abstract

In modern radiation oncology, tolerance dose-constraints for organs at risk (OAR) must be considered for treatment planning, but particularly in order to design clinical studies. Tolerance dose tables, however, only address one aspect of the therapeutic ratio of any clinical study, i.e., the limitation of adverse events, but not the desired potential improvement in the tumor effect of a novel treatment strategy. A sensible application of “tolerance doses” in a clinical situation requires consideration of various critical aspects addressed here: definition of tolerance dose, specification of an endpoint/symptom, consideration of radiation quality and irradiation protocol, exposed volume and dose distribution, and patient-related factors of radiosensitivity.

The currently most comprehensive estimates of OAR radiation tolerance are in the QUANTEC compilations (2010). However, these tolerance dose values must only be regarded as a rough orientation and cannot answer the relevant question for the patients, i.e., if the study can achieve a therapeutic advantage; this can obviously be answered only by the final scientific analysis of the study results. Despite all limitations, the design of clinical studies should currently refer to the QUANTEC values for appreciation of the risk of complications, if needed supplemented by one’s own data or further information from the literature.

The implementation of a consensus on the safety interests of the patients and on an application and approval process committed to progress in medicine, with transparent quality-assuring requirements with regard to the structural safeguarding of the study activities, plays a central role in clinical research in radiation oncology.

Keywords

Clinical studies Normal tissues Tolerance Dose constraints Treatment outcome 

Einsatz von Toleranzdosisgrenzen für Risikoorgane in klinischen Studien in der Radioonkologie

Zusammenfassung

In der modernen Radioonkologie müssen Toleranzdosisgrenzen für die Risikoorgane („organs at risk“, OAR) zur Behandlungsplanung, besonders aber zur Gestaltung klinischer Studien, herangezogen werden. Jedoch sind Toleranzdosistabellen als Basis zur Bewertung einer klinischen Studie grundsätzlich dadurch limitiert, dass sie nur einen Parameter des therapeutischen Verhältnisses der Behandlung berücksichtigen, nämlich unerwünschte Nebenwirkungen, nicht aber die erwünschte potentielle Verbesserung der Tumorwirkung. Die sinnvolle Anwendung von „Toleranzdosen“ in der Klinik bedarf der Berücksichtigung verschiedener kritischer Aspekte, die in diesem Artikel angesprochen werden: die Definition der Toleranzdosis, die Festlegung eines Endpunkts/Symptoms, die Berücksichtigung von Strahlenqualität und Bestrahlungsprotokoll, exponiertem Volumen und Dosisverteilung sowie patientenbezogene Faktoren der Normalgewebsempfindlichkeit.

Die derzeit umfassendste Abschätzung der OAR-Toleranz findet sich in der Zusammenstellung von QUANTEC (2010). Die dort gelisteten Toleranzwerte sind jedoch grundsätzlich nur als Orientierungshilfe zu betrachten und können nicht die für den Patienten relevante Frage beantworten, ob mit einer klinischen Studie ein therapeutischer Vorteil erreicht werden kann; dies kann naturgemäß nur durch die abschließende wissenschaftliche Auswertung der Studienergebnisse erfolgen. Trotz aller Einschränkungen sollten bei der Gestaltung klinischer Studien die Werte von QUANTEC zur Bewertung des Komplikationsrisikos herangezogen werden, falls möglich ergänzt durch eigene Daten und neuere Ergebnisse aus dem Schrifttum.

Eine Konsensbildung über ein den Sicherheitsinteressen der Patienten und gleichzeitig dem medizinischen Fortschritt verpflichtetes Antrags- und Genehmigungsverfahren mit transparenten qualitätssichernden Anforderungen an die strukturelle Absicherung der Studienabläufe ist von zentraler Wichtigkeit für die klinische Forschung in der Radioonkologie.

Schlüsselwörter

Klinische Studien Normalgewebe Toleranz Dosisgrenzen Behandlungsergebnis 

Notes

Acknowledgments

This project was supported by the board of the German Society for Radiation Oncology (DEGRO, www.degro.org).

References

  1. 1.
    Emami B, Lyman J, Brown A et al (1991) Tolerance of normal tissue to therapeutic irradiation. Int J Radiat Oncol Biol Phys 21:109–122PubMedCrossRefGoogle Scholar
  2. 2.
    Marks LB, Ten Haken RK, Martel MK (2010) Guest editor's introduction to QUANTEC: A users guide. Int J Radiat Oncol Biol Phys 76 (Suppl):S1–S2Google Scholar
  3. 3.
    Bentzen SM, Dörr W, Gahbauer R et al (2012) Bioeffect modeling and equieffective dose concepts in radiation oncology—terminology, quantities and units. Radiother Oncol 105:266–268PubMedCrossRefGoogle Scholar
  4. 4.
    Joiner MC, Bentzen SM (2009) Fractionation: the linear-quadratic approach. In: Joiner M, Van der Kogel A (eds) Basic Clinical Radiobiology, 4th Edition, Ch. 8. Hodder Arnold, London. pp 102–119Google Scholar
  5. 5.
    Thames HD, Bentzen SM, Turesson I et al (1989) Fractionation parameters for human tissues and tumors. Int J Radiat Biol 56:701–710PubMedCrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    Dörr W (2009) Time factors in normal tissue responses to irradiation. In: Joiner M, Van der Kogel A (eds) Basic Clinical Radiobiology, 4th Edition, Ch 11. Hodder Arnold, London. pp 149–157Google Scholar
  7. 7.
    Dörr W, Hendry JH (2001) Consequential late effects in normal tissues. Radiother Oncol 61:223–231PubMedCrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    Dörr W (2009) Pathogenesis of normal tissue side effects. In: Joiner M, Van der Kogel A (eds) Basic Clinical Radiobiology, 4th Edition, Ch 13. Hodder Arnold, London. pp 169–190Google Scholar
  9. 9.
    Dörr W, Weber-Frisch M (1995) Effects of changing weekly dose on accelerated repopulation during fractionated irradiation of mouse tongue mucosa. Int J Radiat Biol 67:577–585PubMedCrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    Dörr W (2003) Modulation of repopulation processes in oral mucosa: experimental results. Int J Radiat Biol 79:531–537PubMedCrossRefGoogle Scholar
  11. 11.
    Gregoire V, Baumann M (2009) Combined radiotherapy and chemotherapy. In: Joiner M, Van der Kogel A (eds) Basic Clinical Radiobiology, 4th Edition, Ch. 18. Hodder Arnold, London. pp 246–258Google Scholar
  12. 12.
    Niyazi M, Maihoefer C, Krause M et al (2011) Radiotherapy and “new” drugs-new side effects? Radiat Oncol 6:177PubMedCentralPubMedCrossRefGoogle Scholar
  13. 13.
    Duma MN, Kampfer S, Schuster T et al (2012) Adaptive radiotherapy for soft tissue changes during helical tomotherapy for head and neck cancer. Strahlenther Onkol 188:243–247PubMedCrossRefGoogle Scholar
  14. 14.
    Duma MN, Schuster T, Aswathanarayana N et al (2013) Localization and quantification of the delivered dose to the spinal cord. Predicting actual delivered dose during daily MVCT image-guided tomotherapy. Strahlenther Onkol 189:1026–1031PubMedCrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    Hüttenrauch P, Witt M, Wolff D et al (2014) Target volume coverage and dose to organs at risk in prostate cancer patients: dose calculation on daily cone-beam CT data sets. Strahlenther Onkol, Epub ahead of print 16 Jan 2014Google Scholar
  16. 16.
    Georg P, Boni A, Ghabuous A et al (2013) Time course of late rectal- and urinary bladder side effects after MRI-guided adaptive brachytherapy for cervical cancer. Strahlenther Onkol 189:535–540PubMedCrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    Mazeron R, Gilmore J, Champoudry J et al (2014) Volumetric evaluation of an alternative bladder point in brachytherapy for locally advanced cervical cancer. Strahlenther Onkol 190:41–44PubMedCrossRefGoogle Scholar
  18. 18.
    Marks LB, Yorke ED, Jackson A et al (2010) Use of normal tissue complication probability models in the clinic. Int J Radiat Oncol Biol Phys 76(Suppl):S10–S19Google Scholar
  19. 19.
    Mehta V (2005) Radiation pneumonitis and pulmonary fibrosis in non-small-cell lung cancer: pulmonary function, prediction, and prevention. Int J Radiat Oncol Biol Phys 63:5–24PubMedCrossRefGoogle Scholar
  20. 20.
    Seppenwoolde Y, De Jaeger K, Boersma LJ et al (2004) Regional differences in lung radiosensitivity after radiotherapy for non-small-cell lung cancer. Int J Radiat Oncol Biol Phys 60:748–758PubMedCrossRefGoogle Scholar
  21. 21.
    Bijl HP, van Luijk P, Coppes RP et al (2005) Regional differences in radiosensitivity across the rat cervical spinal cord. Int J Radiat Oncol Biol Phys 61:543–551PubMedCrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    Bijl HP, van Luijk P, Coppes RP et al (2006) Influence of adjacent low-dose fields on tolerance to high doses of protons in rat cervical spinal cord. Int J Radiat Oncol Biol Phys 64:1204–1210PubMedCrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    Ghobadi G, van der Veen S, Bartelds B et al (2012) Physiological interaction of heart and lung in thoracic irradiation. Int J Radiat Oncol Biol Phys 84:e639–646CrossRefGoogle Scholar
  24. 24.
    Dörr W, Hagen U, Eckardt-Schupp F (2004) Strahlungen. In: Marquardt H, Schäfer SG (eds) Lehrbuch der Toxikologie. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, StuttgartGoogle Scholar
  25. 25.
    Thurner EM, Krenn-Pilko S, Langsenlehner U et al (2014) Association of genetic variants in apoptosis genes FAS and FASL with radiation-induced late toxicity after prostate cancer radiotherapy. Strahlenther Onkol Epub ahead of print 16 Jan 2014Google Scholar
  26. 26.
    Herrmann T, Baumann M, Dörr W (2006) Klinische Strahlenbiologie—kurz und bündig, 4th edn., Elsevier, MünchenGoogle Scholar
  27. 27.
    Holthusen H (1936) Erfahrungen über die Verträglichkeitsgrenze für Röntgenstrahlen und deren Nutzanwendung zur Verhütung von Schäden. Strahlenther 57:254–268Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014

Authors and Affiliations

  • Wolfgang Dörr
    • 1
    • 2
    • 3
    Email author
  • Thomas Herrmann
    • 3
  • Michael Baumann
    • 2
    • 3
  1. 1.Dept. of Radiation Oncology/Christian Doppler Laboratory for Medical Radiation Research for Radiation Oncology, Comprehensive Cancer CenterMedical University/AKH ViennaViennaAustria
  2. 2.Department of Radiotherapy and Radiation Oncology, OncoRay-National Center for Radiation Research in Oncology, Medical Faculty Carl Gustav CarusTechnical University DresdenDresdenGermany
  3. 3.Task Group “Tolerance Doses” of the German Society for Radiation Oncology (DEGRO)BerlinGermany

Personalised recommendations