Methods for image-based dosimetry and radiobiological modelling in radionuclide therapy

Abstract: Strålbehandling är en av de vanligaste metoderna för att behandla cancer. I den mest använda formen av strålbehandling används en strålkälla utanför kroppen, så kallad extern strålterapi. Ett alternativ är att ge behandlingen med hjälp av ett läkemedel till vilket man har kopplat ett radioaktivt ämne, så kallad radionuklidterapi. Det radioaktiva läkemedlet ansamlas i tumören och ger där en intern form av strålbehandling. Tyvärr tas läkemedlet aldrig upp bara i tumören utan vissa friska organ bestrålas också. Vilka friska organ som bestrålas och därmed sätter gränsen för hur mycket av läkemedlet som kan ges beror på hur det fördelas i kroppen i kombination med räckvidden hos strålningen som emitteras av det radioaktiva ämnet. Ett sätt att kunna maximera den totala mängden aktivitet som ges är att försöka uppskatta stråldosen till olika organ, så kallad dosimetri, hos varje patient. Med dosimetri behöver behandlingen avbrytas först då man riskerar att ge en stråldos sådan att risken för skador på friska organ anses vara oacceptabelt hög. I denna avhandling ingår studier av en dosimetrimetod där en så kallad gammakamera används för att ta tredimensionella bilder av aktivitetsfördelningen i en patient och efterföljande beräkning av stråldoser till organ. Framför allt betraktas ett läkemedel som heter 177Lu-DOTATATE. Det friska organ som begränsar mängden aktivitet vid behandlingar med detta läkemedel är njurarna. Genom simuleringar av gammakamerabildtagningen och efterföljande stråldosberäkningarna undersöks vilka begränsningar som finns i bildbaserad dosimetri och vilken osäkerhet som är förknippad med de värden som beräknas. Denna kunskap är nödvändig för att i framtiden kunna tolka eventuella samband mellan uppskattad stråldos och effekterna av behandlingen. Utöver stråldosen är det känt att det finns andra aspekter som också är viktiga för den biologiska effekten vid strålterapi. En sådan aspekt är hur lång tid det tar att ge stråldosen. En utdragen bestrålning är mindre skadlig än om samma stråldos ges under än kortare tidsperiod. Detta är viktigt i radionuklidterapier eftersom bestrålningshastigheten där styrs av det för varje patient unika upptaget och omfördelningen av läkemedlet som funktion av tid, med en varierande bestrålningshastighet som följd. Dessutom är denna bestrålningshastighet väsentligt lägre än den som används i de flesta andra former av strålterapi. I denna avhandling ingår tre arbeten som behandlar en matematisk formalism för att kunna ta hänsyn till varierande bestrålningshastigheter genom beräkning av en kvantitet som kallas för biologiskt effektiv dos (BED). Detta leder till utvecklingen av ett verktygför att göra numeriska BED-beräkningar för godtyckliga bestrålningsmönster. Likaledes härleds ett BED-uttryck för upprepade behandlingar inom ett kort tidsintervall, så kallad fraktionerad radionuklidterapi. Detta uttryck används för att undersöka effekten på BED av förändringar i ett fraktioneringsschema. Förhoppningen är att de presenterade arbetena ska bidra till en mer tillförlitlig och tolkningsbar dosimetri inom radionuklidterapier med i förlängningen säkrare och effektivare behandlingar som följd.