Korzyści i ograniczenia nowoczesnych metod radioterapii. Porównanie metod dynamicznych IMRT i VMAT w n apromienianiu chorych na raka gruczołu krokowego

• Autorzy: Majewska Karolina , Racka Iga , Winiecki Janusz , Makarewicz Roman , Żyromska Agnieszka

Warianty tytułu

EN

Benefits and limitations of modern methods of radiation therapy. Comparison of dynamic IMRT and VMAT methods in irradiation of prostate cancer patients

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cel. Badanie retrospektywne, w którym porównano dwie różne techniki radioterapii radykalnej raka stercza: IMRT i VMAT. Ocenie poddano rozkład dawki promieniowania w obszarze tarczowym oraz narządach krytycznych miednicy mniejszej: odbytnicy, pęcherzu moczowym i główkach kości udowych. Materiały. Do analizy wykorzystano elektroniczny zapis tomografii komputerowych wykonanych do planowania radioterapii u 50 mężczyzn z rozpoznaniem nowotworu gruczołu krokowego w stopniu zaawansowania klinicznego T2c-3N0M0. Dla każdego pacjenta przygotowano dwa plany napromieniania w technice IMRT – pięciopolowy i siedmiopolowy, oraz jeden plan w technice VMAT składający się z dwóch pełnych łuków. Dawka całkowita przepisana na PTV wynosiła 80 Gy w 40 frakcjach (dawka frakcyjna 2 Gy). Ocenę porównawczą oparto na analizie histogramów wygenerowanych przez system planowania leczenia radioterapii Eclipse. Dla narządów krytycznych przyjęto dawki tolerancji pochodzące z analiz QUANTEC (Quantitative Analyses of Normal Tissue Effects in the Clinic) oraz Tolerance of Normale Tissue to Therapeutic Radiation. Dla poszczególnych technik porównano następujące parametry: V50%, V35%, V25%, V20% i V15% dla odbytnicy, V50%, V35%, V25%, i V15% dla pęcherza moczowego, dawki maksymalne w główkach kości udowych oraz dawkę średnią zdeponowaną w pozostałych tkankach zdrowych. Ponadto porównano rozkład dawek promieniowania w obszarze tarczowym, indeks konformalności (CI), współczynnik homogenności (HI) i liczbę jednostek monitorowych (MU). Wyniki. Najwyższe dawki minimalne w PTV osiągnięto dla IMRT-5 pól (Dmin = 78,28 Gy; p < 0,01). Dawki maksymalne w PTV były najniższe dla planów IMRT-5 pól (80,96 Gy), a najwyższe dla techniki VMAT (81,68 Gy-102,1% dawki przypisanej). Plany VMAT wygenerowały najmniej jednostek monitorowych (382 MU) i w porównaniu z techniką IMRT-7 pól zmniejszyły ich liczbę ponad dwukrotnie (p < 0,01), a z planami IMRT-5 pól około półtora raza (p < 0,01). Dla odbytnicy parametry V50%, V35%, V20% były najniższe w planach IMRT-7 pól, a V25% i V15% w planach VMAT. Plany IMRT-7 pól uzyskały najniższe wyniki dla wszystkich analizowanych parametrów pęcherza. Najniższą dawkę maksymalną dla główek kości udowych uzyskano w technice VMAT (< 41 Gy; p < 0,01), a najwyższą w IMRT-7 pól, gdzie uzyskana średnia dawka maksymalna przekroczyła przyjętą granicę tolerancji (> 52 Gy). Najniższe wartości dawek średnich w pozostałych tkankach zdrowych uzyskano w planach VMAT (5,80 Gy), a najwyższe w technice IMRT-7 pól (6,55 Gy). Wnioski. R edukcja o bjętości n arządów k rytycznych e ksponowanych na wysokie dawki promieniowania oraz najkrótszy czas realizacji planu wskazują na technikę VMAT jako najkorzystniejszą spośród wszystkich analizowanych technik. Brak możliwości stosowania w ośrodku techniki VMAT powinien skłaniać do wyboru techniki IMRT-7 pól jako korzystniejszej w zakresie rozkładu dawki w narządach krytycznych w porównaniu z techniką IMRT-5 pól.

EN

Aim. T he g oal o f t his r etrospective p lanning s tudy w as a comparative assessment of a radiation dose distribution in target volume and in the critical organs of the pelvis including: the rectum, bladder and femoral heads for two different techniques of prostate cancer (PC) radiotherapy (RT): IMRT and VMAT. Methods. Computed tomography (CT) for RT planning was used for the analysis in 50 men diagnosed with T2c-3N0M0 staged PC. Two RT plans were prepared for each patient in the IMRT technique: five-field and seven-field, and one plan in the VMAT technique (two full arcs). The total dose prescribed for PTV was 80 Gy in 40 fractions (2 Gy per fraction). The comparative assessment of plans was based on the analysis of histograms generated by the Eclipse RT planning system. For the critical organs, tolerance doses derived from the QUANTEC (Quantitative Analyzes of Normal Tissue Effects in the Clinic) and Tolerance of Normal Tissue to Therapeutic Radiation were adopted. The following parameters were compared for individual techniques: V50%, V35%, V25%, V20% and V15% of rectum; V50%, V35%, V25%, and V15% of bladder; maximal doses in the femoral heads; mean doses exposed in remaining healthy tissues. In addition, the distribution of radiation doses in the target volume, the conformality index (CI), homogeneity index (HI) and number of monitor units (MU) were compared. Results. The highest minimum dose compared to the other techniques was achieved for 5-field IMRT (Dmin = 78,28 Gy; p < 0,01). In the case of the maximum dose the lowest value was obtained for the 5-field IMRT plan (80,96Gy) and the highest for the VMAT technique (81,68 Gy-102,1% of prescribed dose; p < 0.01). The smallest number of MUs was obtained for VMAT (382 MU). Compared to 7-field IMRT the number of MUs was smaller more than twice and compared to 5 field IMRT one and a half times (p < 0.01). Rectal V50%, V35% and V20% parameters were the lowest in the IMRT-7 field plans, while V25% and V15% were the lowest in the VMAT plans. The IMRT-7field plans obtained the lowest values for all analyzed bladder parameters. The lowest maximum doses for femoral heads were obtained in the VMAT technique (< 41 Gy; p < 0.01), and the highest in IMRT-7 fields, where obtained maximum doses exceeded the adopted tolerance dose (> 52 Gy). The lowest values of mean doses in the remaining healthy tissues were obtained in the VMAT plans (5.80 Gy), and the highest in the IMRT-7field technique (6.55 Gy). Conclusion. R eduction i n t he v olume o f c ritical o rgans e xposed to high doses of radiation and the shortest time of the plan accomplishment indicate the VMAT technique as the most advantageous of all analyzed techniques. Lack of the possibility of using the VMAT technique in a center should prompt the selection of the 7-field IMRT technique as a more favorable in terms of a dose distribution in critical organs in comparison with the 5-fields IMRT technique.

Słowa kluczowe

PL

nowotwór gruczołu krokowego; nowotwór prostaty; radioterapia; Intensity Modulated Radiation Therapy; IMRT; Volumetric Modulated Arc Therapy; VMAT

EN

prostate cancer; radiotherapy; Intensity Modulated Radiation Therapy; IMRT; Volumetric Modulated Arc Therapy; VMAT

• Wydawca: Indygo Zahir Media
• Czasopismo: Inżynier i Fizyk Medyczny
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 12, nr 5
• Strony: 387--393
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Majewska Karolina

• Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii im. prof. Franciszka Łukaszczyka w Bydgoszczy, ul. dr Izabeli Romanowskiej 2, 85-796 Bydgoszcz

autor

Racka Iga

• Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii im. prof. Franciszka Łukaszczyka w Bydgoszczy, ul. dr Izabeli Romanowskiej 2, 85-796 Bydgoszcz

autor

Winiecki Janusz

• Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii im. prof. Franciszka Łukaszczyka w Bydgoszczy, ul. dr Izabeli Romanowskiej 2, 85-796 Bydgoszcz
• Katedra Onkologii i Brachyterapii, Colleguim Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, ul. dr Izabeli Romanowskiej 2, 85-796 Bydgoszcz

autor

Makarewicz Roman

• Katedra Onkologii i Brachyterapii, Colleguim Medicum im. Ludwika Rydygiera w Bydgoszczy, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, ul. dr Izabeli Romanowskiej 2, 85-796 Bydgoszcz
• Oddział Kliniczny Brachyterapii, Centrum Onkologii im. prof. Franciszka Łukaszczyka w Bydgoszczy, ul. dr Izabeli Romanowskiej 2, 85-796 Bydgoszcz

autor

Żyromska Agnieszka

• Zakład Radioterapii, Centrum Onkologii im. prof. Franciszka Łukaszczyka w Bydgoszczy, ul. dr Izabeli Romanowskiej 2, 85-796 Bydgoszcz

Bibliografia

• 1. Krajowy Rejestr Nowotworów: https://onkologia.org.pl/pl/raporty.
• 2. J. Jassem, K. Krzakowski: Nowotwory układu moczowo-płciowego. Praktyczny przewodnik dla lekarzy, Via Medica, Gdańsk 2013.
• 3. K. Krzakowski, K. Warzocha: Onkologia w praktyce klinicznej. Zalecenia postępowania diagnostyczno-terapeutycznego w nowotworach złośliwych, 1, Via Medica, Gdańsk 2013.
• 4. A. Pollack, G.K. Zagras, G. Starkschall et al.: Prostate cancer radiation dose response: Results of the M.D. Anderson phase III randomised trial, Int. J Radiat. Oncol. Biol. Phys., 53, 2002, 1097-1105. 5. K. Ślosarek: Podstawy planowania leczenia w radioterapii, PTO, Gliwice 2007.
• 6. G.E. Hanks, K.L. Matrz, J.J. Diamond: The effect of dose on local control of prostate cancer, Int. J Radiat. Oncol. Biol. Phys., 15, 1988, 1299-1305.
• 7. G. Głowacki, I. Wesołowska, D. Bodusz et al.: Porównanie radioterapii z modulacją intensywności dawki (IMRT) i konformalnej radioterapii (CFRT) w planowaniu leczenia u chorych na raka trzustki, Nowotwory Journal of Oncology, 63, 2013, 234-224.
• 8. R.W. Kopp, M. Duff, F. Catalfamo et al.: VMAT vs.7-field-IMRT: assessing the dosimetric parameters of prostate cancer treatment with a 292-papient samples, Med Dosim., 36, 2011, 365-372.
• 9. P. Zhang, L. Happersett, M. Hunt et al.: Volumetric modulated arc therapy: planning and evaluation for prostate cancer cases, Int. J Radiat. Oncol. Biol. Phys., 76, 2010, 1456-1462.
• 10. C.L. Tsai, J.K. Wu, H.L. Chao et al.: Treatment and dosimetric advantages between VMAT, IMRT, and helical tomotherapy in prostate cancer, Med Dosim., 36, 2011, 264-271.
• 11. D. Palma, E. Vollans, K. James et al.: Volumetric modulated arc therapy for delivery of prostate radiotherapy: comparison with intensity – modulated radiotherapy and tree – dimensional conformal radiotherapy, Int. J Radiat. Oncol. Biol. Phys., 72, 2008, 996-1001.
• 12. M.J. Zelefsky, Z. Fuks, L. Happersett et al.: Clinical experience with intensity modulated radiation therapy (IMRT) in prostatecancer, Radiother Oncol., 55, 2000, 241-249.
• 13. E. Forde, A. Kneebone, R. Bromley et al.: Volumetric – modulated arc therapy in postprostatectomy radiotherapy patients: A planning comparison study, Med Dosim., 38, 2013, 262-267.
• 14. P.W. Grigsby, H.L. Roberts, C.A. Perez: Femoral neck fracture following groinirradiation, Int. J Radiat. Oncol. Biol. Phys., 70, 1995, 63-67.
• 15. A. Katz, P.J. Eifel, A. Jhingran et al.: The role of radiation therapy in preventingregional recurrences of invasive squamous cell carcinoma of the vulva, Int. J Radiat. Oncol. Biol. Phys., 57, 2003, 409-418.
• 16. V.B. Shahinian, Y.F. Kuo, J.L. Freeman et al.: Risk of fracture after androgendeprivation for prostate cancer, Nat. Engl. J. Med., 352, 2005, 154-164.
• 17. S. Yoo, Q.J. Wu, W.R. Lee et al.: Radiotherapy treatment plans with RapidArcfor prostate cancer involving seminal vesicles and lymph nodes, Int. J Radiat. Oncol. Biol. Phys., 76, 2010, 935-942.
• 18. M. Rao, W. Yang, F. Chen et al.: Comparison of ElektaVMAT with helical tomotherapy and fixed field IMRT: plan quality, delivery efficiency and accuracy, Med Phys., 37, 2010, 1350-1359.
• 19. D. Wolff, F. Stieler, G. Welzel et al.: Volumetric modulated arc therapy (VMAT) vs. Serial tomotherapy, step-and-shoot IMRT and 3D-conformal RT for treatment of prostate cancer, Radiother Oncol., 93, 2009, 226-233.
• 20. W. Crijns, T. Budiharto, G. Defraene et al.: IMRT-based optimalization approaches for volumetric modulated single arc radiotherapy planning, Radiother Oncol., 95, 2010, 149-152.
• 21. M. Teoh, C.H. Clark, K. Wood et al.: Volumetric modulated arc therapy: a review of current literature and clinical use in practice, Br. J Radiol., 84, 2011, 967-996.
• 22. M. Enmark, S. Korreman, H. Nystrom: IGRT of prostate cancer, in the margin reduction gained from daily IG time dependent?, Acta Oncol., 45, 2006, 907-914.
• 23. N. Hardcastle, W.A. Tome, K. Foo et al.: Comparison of prostate IMRT and VMAT biologically optimised treatment plans, Med Dosim., 36, 2011, 292-298.
• 24. S. Braunstein, J.L. Nakamura: Radiotherapy-Induced Malignancies: Review of Clinical Features, Pathobiology, and Evolving Approaches for Mitigating Risk, Front Oncol., 3:73, 2013, 1-62.
• 25. D.J. Brenner, R.E. Curtis, E.J. Hall et al.: Second malignancies in prostate carcinoma patients after radiotherapy compared with surgery, Cancer, 88, 2000, 398-406.
• 26. U. Schneider, D. Zwahlen, D. Ross et al.: Estimation of radiation-inducted cancer from three-dimensional dose distributions: concept of organ equivalent dose, Int. J Radiat. Oncol. Biol. Phys., 61, 2005, 1510-1515.