Osteoradionecrosis of the Mandible

Background and Purpose:

Osteoradionecrosis (ON) of the mandible is a serious late complication of high-dose radiation therapy for tumors of the oropharynx and oral cavity. After doses between 60 and 72 Gy using standard fractionation, an incidence of ON between 5% and 15% is reported in a review from 1989, whereas in more recent publications using moderately accelerated or hyperfractionated irradiation and doses between 69 and 81 Gy, the incidence of ON is between < 1% and ~ 6%. Intensity-modulated radiation therapy (IMRT) is expected to translate into a further important reduction of ON. The aim of this descriptive study was to assess absolute and relative bone volumes exposed to high IMRT doses, related to observed bone tolerance.

Patients and Methods:

Between December 2001 and November 2004, 73 of 123 patients treated with IMRT were identified as subgroup “at risk” for ON (> 60 Gy for oropharyngeal or oral cavity cancer). 21/73 patients were treated in a postoperative setting, 52 patients underwent primary definitive irradiation. In 56 patients concomitant cisplatin-based chemotherapy was applied. Mean follow-up time was 22 months (12–46 months). Oral cavity including the mandible bone outside the planning target volume was contoured and dose-volume constraints were defined in order to spare bone tissue. Dose-volume histograms were obtained from contoured mandible in each patient and were analyzed and related to clinical mandible bone tolerance.

Results:

Using IMRT with doses between 60 and 75 Gy (mean 67 Gy), on average 7.8, 4.8, 0.9, and 0.3 cm³ were exposed to doses > 60, 65, 70, and 75 Gy, respectively. These values are substantially lower than when using three-dimensional conformal radiotherapy. The difference has been approximately quantified by comparison with a historic series. Additional ON risk factors of the patients were also analyzed. Only one grade 3 ON of the lingual horizontal branch, treated with lingual decortication, was observed.

Conclusion:

Using IMRT, only very small partial volumes of the mandibular bone are exposed to high radiation doses. This is expected to translate into a further reduction of ON and improved osseointegration of dental implants.

Hintergrund und Ziel:

Die Osteoradionekrose (ON) des Unterkiefers ist eine schwerwiegende Komplikation kurativer normofraktionierter Radiotherapie von Oropharynx- und Mundhöhlenkarzinomen. Nach Dosen zwischen 60 und 72 Gy besteht gemäß den Angaben einer Übersicht aus dem Jahr 1989 eine ON-Inzidenz von 5–15%, während laut neueren Arbeiten über leicht akzelerierte oder hyperfraktionierte Behandlungsschemata mit Dosen von 69–81 Gy die ON-Inzidenz zwischen < 1% und ca. 6% beträgt. Intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) dürfte die ON-Rate weiter reduzieren. Ziel dieser deskriptiven Arbeit war, absolute und relative Knochenvolumina mit hoher Dosisexposition zu evaluieren und in Beziehung zur beobachteten Knochentoleranz der eigenen Patienten nach IMRT-Behandlung zu setzen.

Patienten und Methodik:

Zwischen Dezember 2001 und November 2004 wurden an der eigenen Klinik 123 Patienten mit Tumoren der Kopf-Hals-Region mit IMRT behandelt; hiervon waren 73 einer Untergruppe von Patienten mit Risiko für ON zuzurechnen (Karzinome des Oropharynx oder der Mundhöhle und Herddosen > 60 Gy). 21 Patienten wurden postoperativ, 52 primär kurativ bestrahlt; 56 erhielten eine simultane cisplatinbasierte Chemotherapie. Die mittlere Beobachtungszeit betrug 22 Monate (12–46 Monate). Die Mundhöhle inkl. Kieferknochen außerhalb des Planungszielvolumens wurde konturiert, und Dosis-Volumen-Bedingungen zur Organschonung wurden festgelegt. Retrospektiv wurde für jeden Patienten das gesamte Kieferknochenvolumen konturiert, und die Dosis-Volumen-Histogramme wurden im Hinblick auf die klinische Knochentoleranz ausgewertet.

Ergebnisse:

Durch IMRT in Dosen zwischen 60 und 75 Gy (Mittelwert 67 Gy) wurden im Mittel 7,8, 4,8, 0,9 und 0,3 cm³ einer Dosis von > 60, 65, 70 und 75 Gy ausgesetzt (Tabelle 1 und Abbildung 1). Diese Werte sind deutlich kleiner als nach konventioneller Bestrahlung. Der Unterschied wurde im Vergleich mit einer historischen Serie näherungsweise quantifiziert (Abbildung 3). Zusätzliche Risikofaktoren der eigenen Patienten wurden analysiert (Abbildung 2). Nur ein ON-Ereignis (Grad 3) im Bereich des lingualen Horizontalasts der Mandibula wurde beobachtet und erfolgreich mit einer lingualen Dekortikation behandelt.

Schlussfolgerung:

Mittels IMRT werden nur sehr kleine Knochenvolumina hohen Bestrahlungsdosen ausgesetzt. Durch diese Knochenschonung werden eine weitere Reduktion des ON-Risikos und eine höhere Erfolgsrate rekonstruktiver Zahnimplantate (Tabelle 2) erwartet.