Jens Heufelder

Proton Therapy of Uveal Melanomas in Berlin

Background and Purpose:In June 1998, proton-beam therapy of ocular tumors started at the Hahn-Meitner Institute Berlin, Germany. The purpose of the present study is to evaluate treatment outcome for uveal melanomas.Patients and Methods:245 consecutive patients with primary melanoma of the uvea were treated from June 1998 to April 2003 with a 68-MeV proton beam. In 96.2% of all patients, a uniform fractionation scheme was applied: single dose 15 CGE (cobalt gray equivalent), total dose 60 CGE on 4 consecutive days. Follow-up is available in 229 patients.Results:At the time of median follow-up (18.4 months), local control is 96.4% and 95.5% at 3 years. Eye retention rate is 92.6% at 20 months (median follow-up) and 87.5% at 3 years.Conclusion:Proton-beam irradiation of uveal melanomas at the Hahn-Meitner Institute after the first 5 years of its initiation reveals local tumor control and eye retention rates in the range of other centers with larger experience. Delivering high treatment quality in hadron therapy from the beginning has been achieved.Hintergrund und Ziel:Im Juni 1998 wurde am Hahn-Meitner-Institut in Berlin mit der Protonentherapie von Augentumoren begonnen. In der vorliegenden Arbeit werden die ersten Ergebnisse der Behandlung des primären Aderhautmelanoms vorgestellt.Patienten und Methodik:Zwischen Juni 1998 und April 2003 wurden 245 Patienten mit 68-MeV-Protonen bestrahlt. Bei 96,2% der Behandelten kam ein einheitliches Fraktionierungsschema zur Anwendung: Einzeldosis 15 CGE (Cobalt-Gray-Äquivalent), Gesamtdosis 60 CGE an 4 aufeinander folgenden Tagen. Von 229 Patienten stehen Verlaufsdaten zur Verfügung.Ergebnisse:Die lokale Tumorkontrolle liegt zum Zeitpunkt der medianen Nachbeobachtung (18,4 Monate) bei 96,4% und bei 95,5% nach 3 Jahren. Nach 3 Jahren können 87,5% der Augen erhalten werden, zum Zeitpunkt der medianen Nachbeobachtung für diesen Parameter (20 Monate) sind es 92,6%.Schlussfolgerung:Die Ergebnisse für die lokale Tumorkontrolle und den Augenerhalt sind vergleichbar mit denen anderer Zentren. Damit ist es gelungen, in der Hadronentherapie von Beginn an eine Behandlung auf hohem qualitativem Niveau zu etablieren.

Proton therapy of uveal melanomas in Berlin. 5 years of experience at the Hahn-Meitner Institute.

Background and Purpose:In June 1998, proton-beam therapy of ocular tumors started at the Hahn-Meitner Institute Berlin, Germany. The purpose of the present study is to evaluate treatment outcome for uveal melanomas.Patients and Methods:245 consecutive patients with primary melanoma of the uvea were treated from June 1998 to April 2003 with a 68-MeV proton beam. In 96.2% of all patients, a uniform fractionation scheme was applied: single dose 15 CGE (cobalt gray equivalent), total dose 60 CGE on 4 consecutive days. Follow-up is available in 229 patients.Results:At the time of median follow-up (18.4 months), local control is 96.4% and 95.5% at 3 years. Eye retention rate is 92.6% at 20 months (median follow-up) and 87.5% at 3 years.Conclusion:Proton-beam irradiation of uveal melanomas at the Hahn-Meitner Institute after the first 5 years of its initiation reveals local tumor control and eye retention rates in the range of other centers with larger experience. Delivering high treatment quality in hadron therapy from the beginning has been achieved.Hintergrund und Ziel:Im Juni 1998 wurde am Hahn-Meitner-Institut in Berlin mit der Protonentherapie von Augentumoren begonnen. In der vorliegenden Arbeit werden die ersten Ergebnisse der Behandlung des primären Aderhautmelanoms vorgestellt.Patienten und Methodik:Zwischen Juni 1998 und April 2003 wurden 245 Patienten mit 68-MeV-Protonen bestrahlt. Bei 96,2% der Behandelten kam ein einheitliches Fraktionierungsschema zur Anwendung: Einzeldosis 15 CGE (Cobalt-Gray-Äquivalent), Gesamtdosis 60 CGE an 4 aufeinander folgenden Tagen. Von 229 Patienten stehen Verlaufsdaten zur Verfügung.Ergebnisse:Die lokale Tumorkontrolle liegt zum Zeitpunkt der medianen Nachbeobachtung (18,4 Monate) bei 96,4% und bei 95,5% nach 3 Jahren. Nach 3 Jahren können 87,5% der Augen erhalten werden, zum Zeitpunkt der medianen Nachbeobachtung für diesen Parameter (20 Monate) sind es 92,6%.Schlussfolgerung:Die Ergebnisse für die lokale Tumorkontrolle und den Augenerhalt sind vergleichbar mit denen anderer Zentren. Damit ist es gelungen, in der Hadronentherapie von Beginn an eine Behandlung auf hohem qualitativem Niveau zu etablieren.

Proton or stereotactic photon irradiation for posterior uveal melanoma? : A planning intercomparison

Background and Purpose:Proton and stereotactic radiotherapy with photons (SRT) are both used to treat choroidal melanomas in proximity to optic disk and fovea centralis, a situation where plaque therapy is prone to complications. A comparative treatment– planning study was done to assess the capability of both modalities to preserve vision.Patients and Methods:In ten patients treated with 68–MeV protons, SRT with 6–MV photons was planned. Structures most important for visual acuity (fovea and optic disk, optic nerve) were contoured identically for both therapies. Safety margins of 1.5 mm for proton therapy were reduced to 1.0 mm for SRT.Results:Proton–beam therapy was superior in eight of ten situations, and this result did not differ significantly by changes in the weighting of the different parameters analyzed.Conclusion:When dose deposition to those structures most important for the preservation of vision is taken into account, under the conditions examined proton therapy offers an advantage in the majority of the patients evaluated.Hintergrund und Ziel:Für Aderhautmelanome am hinteren Augenpol, die nicht mit Plaques behandelt werden können, stehen Protonentherapie und stereotaktische Bestrahlung mit Photonen (SRT) zur Verfügung. In einer vergleichenden Therapieplanungsstudie wurden die Aussichten beider Verfahren untersucht, den Visus bestmöglich zu erhalten.Patienten und Methodik:Bei zehn mit 68–MeV–Protonen behandelten Patienten wurde alternativ eine SRT mit 6–MV–Photonen geplant. Die für das Sehvermögen bedeutsamsten Strukturen, Macula, Papille und Sehnerv, wurden identisch konturiert. Der Sicherheitssaum von 1,5 mm bei der Protonentherapie wurde für die SRT auf 1,0 mm reduziert.Ergebnisse:Die Protonentherapie war in acht von zehn Fällen überlegen, und dieses Ergebnis änderte sich auch durch eine unterschiedliche Gewichtung der einzelnen untersuchten Parameter nicht wesentlich.Schlussfolgerung:Wenn die Dosisbelastung der für den Erhalt des Sehvermögens bedeutsamsten Strukturen als entscheidend betrachtet wird, ist die Protonentherapie unter den für die Untersuchung gewählten Bedingungen in der Mehrzahl der Fälle überlegen.

Fünf Jahre Protonentherapie von Augentumoren am Hahn-Meitner-Institut Berlin

Zusammenfassung Seit 1998 werden am Ionenstrahllabor des Hahn-Meitner-Instituts Berlin (Deutschlands erster Einrichtung zur Protonentherapie) im Rahmen eines Kooperationsvertrages mit der Charite Universitatsmedizin Berlin, Campus Benjamin Franklin, Augentumoren (Aderhautmelanome, Irismelanome und Aderhauthamangiome) mit 68-MeV-Protonen bestrahlt. Der mittels einer Kombination aus Van de Graaff-Beschleuniger und Zyklotron erzeugte Protonenstrahl wird passiv fur eine konformale Bestrahlung des Tumors aufbereitet. Eine digitale Rontgenkontrolle der Lagerung des sitzenden Patienten beschrankt die Lagerungsunsicherheit auf maximal 0,3 mm. Fur die Bestrahlungsplanung wird das modellbasierte Planungsprogramm EYEPLAN verwendet. In vorklinischer Erprobung befindet sich das mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum Heidelberg entwickelte CT-basierte Planungsprogramm OCTOPUS. Bisher wurden mehr als 400 Patienten bestrahlt. Erste klinische Ergebnisse entsprechen denen anderer Protonentherapiezentren. Ende 2002 ist das Universitatsklinikum Essen als weiterer Kooperationspartner hinzugekommen.

Proton therapy of uveal melanomas : Intercomparison of MRI-based and conventional treatment planning

Background and Purpose:Proton therapy for uveal melanoma provides high-conformal dose application to the target volume and, thus, an optimal saving of the organs at risk nearby. Treatment planning is done with the model-based treatment-planning system EYEPLAN. Tumor reconstruction is based only on a fundus composite, which often leads to an overestimation of the clinical target volume (CTV). The purpose was to exploit MRI on trial in a proton therapy-planning system by using the novel image-based treatment-planning system OCTOPUS.Patients and Methods:Ten patients with uveal melanomas received both a high-resolution planning CT and MRI of the eye. MR examinations were made with an eye coil. EYEPLAN requires eye geometry data for modeling, and tantalum marker clips for submillimeter positioning and additional information from ultrasound and 3-D imaging. By contrast, OCTOPUS provides the full integration of 3-D imaging (e. g., CT, MRI). CTVs were delineated in each slice. For all patients, CTVs (EYEPLAN vs. OCTOPUS) were compared intraindividually.Results:OCTOPUS planning led to a mean reduction of the target volume by a factor of 1.7 (T1-weighted [T1w]) and 2.2 (T2w) without compromising safety. The corresponding field size could be scaled down on average by a factor of 1.2 (T1w) and 1.4 (T2w), respectively.Conclusion:Compared with the conventional EYEPLAN, MRI-based treatment planning of ocular tumors with OCTOPUS could be a powerful tool for reducing the CTV and, consequently, the treatment volume and the field size. This might be translated into a better patient compliance during treatment and a decreased late toxicity.Hintergrund und Ziel:Mit der Protonentherapie ist man bei Aderhautmelanomen in der Lage, das Zielvolumen mit hohen Dosen zu belegen und benachbarte Risikoorgane zu schonen. Bei Verwendung des modellbasierten EYEPLAN-Systems führt die Rekonstruktion anhand der Fundusdaten in den meisten Fällen zu einer Überschätzung des klinischen Zielvolumens (CTV). Ziel dieser Studie war es, mit Hilfe des neuen Bestrahlungsplanungssystems OCTOPUS Bestrahlungsplanungen MRT-basiert durchzuführen und mit der konventionellen Planung zu vergleichen.Patienten und Methodik:Zehn Patienten mit Aderhautmelanomen erhielten ein hochauflösendes CT sowie T1- (T1w) und T2-gewichtete (T2w) MRT-Untersuchungen des Auges. Für die Bestrahlungsplanung mit EYEPLAN wurden ein Fundusfoto und Tantalplättchen als Landmarken für die genaue Positionierung des Auges benötigt sowie Informationen aus Ultraschallmessungen und den klinischen 3-D-Bilddatensätzen (CT und MRT) hinzugezogen. OCTOPUS bietet die Möglichkeit, 3-D-Datensätze (CT, MRT) in den Planungsprozess zu integrieren. Das CTV wurde für OCTOPUS und EYEPLAN generiert und für beide Verfahren intraindividuell verglichen.Ergebnisse:Mittels OCTOPUS konnte eine mittlere Reduktion des Zielvolumens um den Faktor 1,7 (T1w) und 2,2 (T2w) erreicht werden, ohne die Therapiesicherheit zu beeinträchtigen. Die Feldgröße konnte im Mittel um den Faktor 1,2 (T1w) bzw. 1,4 (T2w) im Vergleich zu den jeweiligen Werten aus EYEPLAN verkleinert werden.Schlussfolgerung:Verglichen mit dem standardmäßig verwendeten EYEPLAN ist die MRT-basierte Bestrahlungsplanung mit OCTOPUS geeignet, reduzierte CTV, folglich auch reduzierte bestrahlte Volumina und besser an den Tumor angepasste Feldgrößen zu erzeugen. Die resultierende reduzierte Spättoxizität an den kritischen Strukturen gilt es nachzuweisen.

Practice Patterns Analysis of Ocular Proton Therapy Centers: The International OPTIC Survey.

PURPOSE To assess the planning, treatment, and follow-up strategies worldwide in dedicated proton therapy ocular programs. METHODS AND MATERIALS Ten centers from 7 countries completed a questionnaire survey with 109 queries on the eye treatment planning system (TPS), hardware/software equipment, image acquisition/registration, patient positioning, eye surveillance, beam delivery, quality assurance (QA), clinical management, and workflow. RESULTS Worldwide, 28,891 eye patients were treated with protons at the 10 centers as of the end of 2014. Most centers treated a vast number of ocular patients (1729 to 6369). Three centers treated fewer than 200 ocular patients. Most commonly, the centers treated uveal melanoma (UM) and other primary ocular malignancies, benign ocular tumors, conjunctival lesions, choroidal metastases, and retinoblastomas. The UM dose fractionation was generally within a standard range, whereas dosing for other ocular conditions was not standardized. The majority (80%) of centers used in common a specific ocular TPS. Variability existed in imaging registration, with magnetic resonance imaging (MRI) rarely being used in routine planning (20%). Increased patient to full-time equivalent ratios were observed by higher accruing centers (P=.0161). Generally, ophthalmologists followed up the post-radiation therapy patients, though in 40% of centers radiation oncologists also followed up the patients. Seven centers had a prospective outcomes database. All centers used a cyclotron to accelerate protons with dedicated horizontal beam lines only. QA checks (range, modulation) varied substantially across centers. CONCLUSIONS The first worldwide multi-institutional ophthalmic proton therapy survey of the clinical and technical approach shows areas of substantial overlap and areas of progress needed to achieve sustainable and systematic management. Future international efforts include research and development for imaging and planning software upgrades, increased use of MRI, development of clinical protocols, systematic patient-centered data acquisition, and publishing guidelines on QA, staffing, treatment, and follow-up parameters by dedicated ocular programs to ensure the highest level of care for ocular patients.

Proton Therapy of Uveal Melanomas

Background and Purpose:Proton therapy for uveal melanoma provides high-conformal dose application to the target volume and, thus, an optimal saving of the organs at risk nearby. Treatment planning is done with the model-based treatment-planning system EYEPLAN. Tumor reconstruction is based only on a fundus composite, which often leads to an overestimation of the clinical target volume (CTV). The purpose was to exploit MRI on trial in a proton therapy-planning system by using the novel image-based treatment-planning system OCTOPUS.Patients and Methods:Ten patients with uveal melanomas received both a high-resolution planning CT and MRI of the eye. MR examinations were made with an eye coil. EYEPLAN requires eye geometry data for modeling, and tantalum marker clips for submillimeter positioning and additional information from ultrasound and 3-D imaging. By contrast, OCTOPUS provides the full integration of 3-D imaging (e. g., CT, MRI). CTVs were delineated in each slice. For all patients, CTVs (EYEPLAN vs. OCTOPUS) were compared intraindividually.Results:OCTOPUS planning led to a mean reduction of the target volume by a factor of 1.7 (T1-weighted [T1w]) and 2.2 (T2w) without compromising safety. The corresponding field size could be scaled down on average by a factor of 1.2 (T1w) and 1.4 (T2w), respectively.Conclusion:Compared with the conventional EYEPLAN, MRI-based treatment planning of ocular tumors with OCTOPUS could be a powerful tool for reducing the CTV and, consequently, the treatment volume and the field size. This might be translated into a better patient compliance during treatment and a decreased late toxicity.Hintergrund und Ziel:Mit der Protonentherapie ist man bei Aderhautmelanomen in der Lage, das Zielvolumen mit hohen Dosen zu belegen und benachbarte Risikoorgane zu schonen. Bei Verwendung des modellbasierten EYEPLAN-Systems führt die Rekonstruktion anhand der Fundusdaten in den meisten Fällen zu einer Überschätzung des klinischen Zielvolumens (CTV). Ziel dieser Studie war es, mit Hilfe des neuen Bestrahlungsplanungssystems OCTOPUS Bestrahlungsplanungen MRT-basiert durchzuführen und mit der konventionellen Planung zu vergleichen.Patienten und Methodik:Zehn Patienten mit Aderhautmelanomen erhielten ein hochauflösendes CT sowie T1- (T1w) und T2-gewichtete (T2w) MRT-Untersuchungen des Auges. Für die Bestrahlungsplanung mit EYEPLAN wurden ein Fundusfoto und Tantalplättchen als Landmarken für die genaue Positionierung des Auges benötigt sowie Informationen aus Ultraschallmessungen und den klinischen 3-D-Bilddatensätzen (CT und MRT) hinzugezogen. OCTOPUS bietet die Möglichkeit, 3-D-Datensätze (CT, MRT) in den Planungsprozess zu integrieren. Das CTV wurde für OCTOPUS und EYEPLAN generiert und für beide Verfahren intraindividuell verglichen.Ergebnisse:Mittels OCTOPUS konnte eine mittlere Reduktion des Zielvolumens um den Faktor 1,7 (T1w) und 2,2 (T2w) erreicht werden, ohne die Therapiesicherheit zu beeinträchtigen. Die Feldgröße konnte im Mittel um den Faktor 1,2 (T1w) bzw. 1,4 (T2w) im Vergleich zu den jeweiligen Werten aus EYEPLAN verkleinert werden.Schlussfolgerung:Verglichen mit dem standardmäßig verwendeten EYEPLAN ist die MRT-basierte Bestrahlungsplanung mit OCTOPUS geeignet, reduzierte CTV, folglich auch reduzierte bestrahlte Volumina und besser an den Tumor angepasste Feldgrößen zu erzeugen. Die resultierende reduzierte Spättoxizität an den kritischen Strukturen gilt es nachzuweisen.

Proton or Stereotactic Photon Irradiation for Posterior Uveal Melanoma

Background and Purpose:Proton and stereotactic radiotherapy with photons (SRT) are both used to treat choroidal melanomas in proximity to optic disk and fovea centralis, a situation where plaque therapy is prone to complications. A comparative treatment– planning study was done to assess the capability of both modalities to preserve vision.Patients and Methods:In ten patients treated with 68–MeV protons, SRT with 6–MV photons was planned. Structures most important for visual acuity (fovea and optic disk, optic nerve) were contoured identically for both therapies. Safety margins of 1.5 mm for proton therapy were reduced to 1.0 mm for SRT.Results:Proton–beam therapy was superior in eight of ten situations, and this result did not differ significantly by changes in the weighting of the different parameters analyzed.Conclusion:When dose deposition to those structures most important for the preservation of vision is taken into account, under the conditions examined proton therapy offers an advantage in the majority of the patients evaluated.Hintergrund und Ziel:Für Aderhautmelanome am hinteren Augenpol, die nicht mit Plaques behandelt werden können, stehen Protonentherapie und stereotaktische Bestrahlung mit Photonen (SRT) zur Verfügung. In einer vergleichenden Therapieplanungsstudie wurden die Aussichten beider Verfahren untersucht, den Visus bestmöglich zu erhalten.Patienten und Methodik:Bei zehn mit 68–MeV–Protonen behandelten Patienten wurde alternativ eine SRT mit 6–MV–Photonen geplant. Die für das Sehvermögen bedeutsamsten Strukturen, Macula, Papille und Sehnerv, wurden identisch konturiert. Der Sicherheitssaum von 1,5 mm bei der Protonentherapie wurde für die SRT auf 1,0 mm reduziert.Ergebnisse:Die Protonentherapie war in acht von zehn Fällen überlegen, und dieses Ergebnis änderte sich auch durch eine unterschiedliche Gewichtung der einzelnen untersuchten Parameter nicht wesentlich.Schlussfolgerung:Wenn die Dosisbelastung der für den Erhalt des Sehvermögens bedeutsamsten Strukturen als entscheidend betrachtet wird, ist die Protonentherapie unter den für die Untersuchung gewählten Bedingungen in der Mehrzahl der Fälle überlegen.

Local Recurrence After Primary Proton Beam Therapy in Uveal Melanoma: Risk Factors, Retreatment Approaches, and Outcome

PURPOSE To evaluate the risk factors, recurrence rates, retreatments, and long-term patient outcomes following proton beam therapy for uveal melanoma. DESIGN Retrospective interventional case series. METHODS All patients treated with primary proton beam therapy for uveal melanoma at the oncology service at Charité-Berlin and Helmholtz-Zentrum-Berlin between May 1998 and December 2008 were reviewed for local recurrence. Of 982 patients, 982 eyes matched the inclusion criteria. The data were obtained from electronic health records, operative reports, discharge letters, and radiation planning. Comparisons of fundus photographs and ultrasound measurements were performed to assess the growth pattern of the tumor and to determine the success of retreatment, in the case that a globe-retaining therapy was undertaken. RESULTS Of 982 patients, 35 patients (3.6%) developed local recurrence. The median follow-up was 60.7 months (6.0-170.4 months). Local control rate was 96.4% and the overall eye retention rate was 95.0% in this cohort. Local recurrence was correlated with a higher risk for metastasis and reduced survival. Largest tumor diameter was identified as the sole statistically significant risk factor for local recurrence (P = .00001). All globe-retaining retreatment approaches for local recurrence, including proton beam therapy, brachytherapy, and transpupillary thermotherapy used for recurrences at the tumor margins, showed good local tumor control and similar metastasis-free survivals. CONCLUSIONS This study showed that each globe-retaining retreatment approach can result in satisfying local tumor control. In case of early detection of local recurrence, preservation of the globe can be warranted. Therefore, regularly performed follow-ups should be ensured.

Profile of European proton and carbon ion therapy centers assessed by the EORTC facility questionnaire

BACKGROUND We performed a survey using the modified EORTC Facility questionnaire (pFQ) to evaluate the human, technical and organizational resources of particle centers in Europe. MATERIAL AND METHODS The modified pFQ consisted of 235 questions distributed in 11 sections accessible on line on an EORTC server. Fifteen centers from 8 countries completed the pFQ between May 2015 and December 2015. RESULTS The average number of patients treated per year and per particle center was 221 (range, 40-557). The majority (66.7%) of centers had pencil beam or raster scanning capability. Four (27%) centers were dedicated to eye treatment only. An increase in the patients-health professional FTE ratio was observed for eye tumor only centers when compared to other centers. All centers treated routinely chordomas/chondrosarcomas, brain tumors and sarcomas but rarely breast cancer. The majority of centers treated pediatric cases with particles. Only a minority of the queried institutions treated non-static targets. CONCLUSIONS As the number of particle centers coming online will increase, the experience with this treatment modality will rise in Europe. Children can currently be treated in these facilities in a majority of cases. The majority of these centers provide state of the art particle beam therapy.