Джеймс К.Л. Чау

програма за лъчева медицина, Център за рак на принцеса Маргарет, Университетска здравна мрежа, Торонто, ON, M5G 2M9, Канада

b Катедра по радиационна онкология, Университет в Торонто, Торонто, ON, M5G 2M9, Канада

Runqing Jiang

c Отдел по медицинска физика, Регионален център за рак на Гранд Ривър, Китченер, ON, N2G 1G3, Канада

d Катедра по физика, Университет на Ватерло, Ватерло, ON, N2L 3G1, Канада

Резюме

Това проучване сравнява дозиметричното въздействие между простатния IMRT и VMAT поради загуба на тегло на пациента.

Заден план

Дозиметричната вариация поради промяна на контура на тялото на пациента е трудна за прогнозиране при IMRT и VMAT на простатата, тъй като при доставката се използва голям брой малки и неправилни сегментни полета.

Материали и методи

Петима пациенти с обем на простатата в диапазона от 32,0 до 86,5 cm 3 и хетерогенен тазов фантом бяха използвани за IMRT и VMAT планове на простатата, използвайки същия набор от дозо-обемни ограничения. Дозите в плановете IMRT и VMAT бяха преизчислени с контура на тялото на пациента и фантома, намален с 0,5–2 cm до имитиращо намаляване на размера. Покривността на дозата/критериите на PTV и CTV и критичните органи (ректум, глави на пикочния мехур и бедрената кост) са сравнени между IMRT и VMAT.

Резултати

В плановете IMRT увеличението на D99% за PTV и CTV е равно на 4,0 ± 0,1% на см намалена дълбочина, което е по-високо от това в плановете VMAT (2,7 ± 0,24% на см). Освен това увеличението на D30% на ректума и пикочния мехур на намалена дълбочина в плановете за IMRT (4.0 ± 0.2% на cm и 3.5 ± 0.5% на cm) е по-високо от това на VMAT (2.2 ± 0.2% на cm и 2.0 ± 0.6 % на см). Това важи и за увеличаването на D5% за дясната бедрена глава при пациент или фантом с намаляване на размера поради загуба на тегло.

Заключения

VMAT би бил предпочитан пред IMRT при лъчетерапия на простатата, когато пациентът има потенциал да страда от загуба на тегло по време на лечението.

1. Предистория

При лъчетерапията на простатата, многолучевата модулирана интензивност на лъчевата терапия (IMRT) в много центрове е заменена от обемно модулирана дъгова терапия (VMAT), която има по-кратко време за доставка и по-малък монитор (MU). 1–5 Някои проучвания в дозиметрията на пациентите между IMRT и VMAT на простатата показват, че VMAT е по-ефективна техника за доставяне на дозата от IMRT, тъй като има добро покритие на целта и щади важни органи, като ректума, главите на пикочния мехур и бедрената кост. 4,6–13 Въпреки това, за разлика от IMRT със стъпка и стрелба, при който порталът е статичен за всеки ъгъл на лъча, VMAT интерпретира многокрилните колиматорни (MLC) форми, скоростта на MLC, скоростта на дозата и скоростта на порталния блок в един или няколко фотонни дъги за доставяне на дозата. 8,14–18 Тази сложна техника на доставяне на дозата води до трудно изчисляване на MU, почти невъзможно да се направи ръчно, като се използват основните методи за съотношение на дозата. 19–21

Намаляването на размера на пациента по време на лъчетерапия е открито и изследвано при рак на главата и шията. 22–24 Въпреки това, има малко изследвания, свързани с дозиметричното въздействие поради промяната на контура на тялото. Въпреки че проблемът със загубата на тегло при рак на простатата е по-малко значителен от този на главата и шията, понякога се появява по време на лъчетерапия. 25,26 Това се дължи главно на страничните ефекти от дехидратация и/или загуба на апетит по време на лечението. Това намаляване на размера, използвано за намаляване на контура на тялото на пациента, докато костната анатомия остава непроменена. Резултатът от промяната на дозиметрията поради намален размер или дълбочина на пациента е увеличаването на доставената доза до планирането на простатата и клиничния целеви обем (PTV и CTV). Освен това, намаляването на размера на пациента увеличава дозите в ректума, пикочния мехур и главите на бедрената кост. 27 Дозиметричните въздействия върху целите и критичните органи по отношение на намалената дълбочина зависят от техниката на доставяне на дозата. 28

Доказано е, че VMAT на простатата има сравним PTV/CTV покритие и щадящ критични органи като IMRT 12,13; все още обаче няма проучване на дозиметричното сравнение между IMRT и VMAT по отношение на намаляването на размера на пациента при лъчетерапия на простатата.

2. Цел

В плана за лечение на простатата се използват ограничения на дозата и обема за прицелните и критичните органи при оптимизацията на плана въз основа на целевата функция. 29,30 Разпределението на дозата върху прицелните и критичните органи е различно за плановете на простатата, генерирани от IMRT и VMAT техника, като се използва един и същ набор от дозово-обемни ограничения, тъй като IMRT и VMAT използват различни параметри на ъгъла на порталната кост, дозата и MLC формите оптимизация на плана. Следователно си струва да се сравни покритието на дозата поради намаляване на размера на пациента между IMRT и VMAT. В това проучване са създадени планове за простата IMRT и VMAT за пациенти и хетерогенен фантом на таза, като се използва същата доза по рецепта и същият набор от ограничения на дозата и обема за прицелните и критичните органи. Промените в хистограмите на дозата-обем (DVH) и критериите за дозата за PTV, CTV, ректума, пикочния мехур и бедрените глави по отношение на намаляването на размера на пациента бяха сравнени между IMRT и VMAT. Доколкото ни е известно, това е първото изследване на дозиметричните сравнения между IMRT на простатата и VMAT поради загуба на тегло на пациента.

3. Материали и методи

3.1. Пациент и фантом

3.2. Планиране на лечение с IMRT и VMAT

маса 1

Ограничения на дозата и обема на CTV, PTV, ректума, пикочния мехур, лявата и дясната глава на бедрената кост, използвани в 7-лъчевия IMRT и VMAT план за простатата.

Обем на интерес Доза - контролна точка за обем (Gy)
CTVD99% ≥ 78
PTVD99% ≥ 74,1
PTVМаксимална доза до 1 cm 3 ≤ 81,9
РектумD50% ≤ 60; D35% ≤ 65; D25% ≤ 70 Gy; D15% ≤ 75
Пикочен мехурD50% ≤ 65; D35% ≤ 70; D25% ≤ 75 Gy; D15% ≤ 80
Лява и дясна глава на бедрената костD5% ≤ 54,3

3.3. Намаляване на размера на пациента и фантома

Контракцията на контурите на тялото поради намаляване на размера беше имитирана чрез намаляване на контура на тялото с намалена дълбочина (0,5–2 cm) в предната част, както и страничните посоки на пациента и фантома въз основа на нашия клиничен опит. Оригиналната нормална тъкан извън контрактирания контур на тялото беше заменена с въздух. Фигура 1 (а) - (в) показва анатомията на хетерогенния фантом в аксиален, коронален и сагитален изглед, след като контурът на тялото беше свит съответно с намалена дълбочина от 1 cm. За сравнение бяха използвани намалени дълбочини от 0,5, 1, 1,5 и 2 cm при пациента и намаляване на размера на фантома. Интензивно модулираната лъчетерапия и VMAT простатните планове с нулева намалена дълбочина бяха прехвърлени в модифицираната анатомия на пациента и фантома с намалена дълбочина за преизчисляване на дозата. Хистограмата доза-обем и критериите за дозата за прицелните и критичните органи бяха определени с различни намалени дълбочини за всеки план.

дозиметричните

CT изображения на (а) аксиален, (б) коронален и (в) сагитален изгледи за хетерогенния тазов фантом, с контури на PTV, CTV (простата), пикочен мехур, ректум и бедрени глави. Контурът на тялото беше намален с 1 см дълбочина (предна, лява и дясна посока) с изключеното тяло на пациента (нормална тъкан), заменено с въздух.

4. Резултати

DVHs на (a) PTV, (b) ректум, (c) пикочен мехур и (d) дясна бедрена глава при IMRT на простатата (плътни линии) и VMAT (прекъснати линии) за пациента със среден обем на простатата (48,4 cm 3) . Дълбочините на контурите на тялото бяха намалени с 0, 1 и 2 cm.

Връзки между промените в D99% и намаляването на размера на пациентите и фантома по отношение на намалената дълбочина за (a) PTV и (b) CTV на пациенти в IMRT и VMAT.

Връзки между промените в D30% и намаляването на размера на пациентите и фантома по отношение на намалената дълбочина за (а) ректума и (б) пикочния мехур в IMRT и VMAT. (c) показва промени в D5% на дясната бедрена глава, вариращи с намалената дълбочина за пациентите и фантома.

5. Дискусия

Фигура 2 (а) показва DVHs на PTV за пациент със среден обем на простатата (48,4 cm 3), планиран от IMRT и VMAT техника, като се използват намалени дълбочини от 0, 1 и 2 cm. На фиг. 2 (а), максималните дози криви доза-обем (IMRT и VMAT) се придвижват към положителната х-ос с увеличаване на намалената дълбочина. Максималната доза се увеличава, тъй като намалената дълбочина води до увеличаване на дозата при PTV. Такива повишения на дозата, дължащи се на намаляване на затихването на лъча, могат да се наблюдават и в критични органи, като ректума, пикочния мехур и главата на бедрената кост, както е показано съответно на фиг. 2 (b – d). Подобни дозиметрични резултати могат да бъдат намерени в плановете IMRT и VMAT за фантома. Тези вариации на DVH за прицелните и критичните органи могат да доведат до промяна на критериите за дози, по-високи от планираните стойности, което може да не е приемливо при оценката на плана за лечение. Следователно бяха проведени по-подробни изследвания относно вариациите в критериите за дозата с намалените дълбочини в IMRT и VMAT.

Фигура 3 (а) и (б) показва промени в D99% на PTV и CTV с намалената дълбочина за пациентите и планирания фантом по IMRT и VMAT. Фигура 3 (a) и (b) показва, че D99% от PTV и CTV се увеличават с намалената дълбочина от 0 до 2 cm, което е в съответствие с връзката между DVH и намалената дълбочина, както е показано на фиг. 2 (a ). За PTV и CTV вариациите в D99% с намалената дълбочина са установени, че са независими от обема на простатата на пациента в плановете IMRT и VMAT (фиг. 3 (а) и (б)). От резултатите за пациентите увеличението на D99% за PTV и CTV в IMRT е равно на 4.0 ± 0.1% на cm от намалената дълбочина. Тези увеличения на D99% са по-високи от тези от 2,7 ± 0,2% на cm при VMAT. Установено е, че увеличението на D99% за PTV и CTV за фантома е 4,06 и 2,79% на см, което е в рамките на резултатите от пациентите. Трябва да се отбележи, че промените в D99% са подобни за PTV и CTV, поради малката разлика в границите от 0,5–1 cm и имат същия изоцентър. Фиг. 3 показва, че увеличението на D99% е по-значително при IMRT на простатата, отколкото при VMAT при намаление на размера на пациент или фантом.