定义自适应的最佳时间重新计划在前列腺癌患者体重变化体积弧放射治疗:使用伽马指数和剂量测定的数学分析

文摘

我们评估的辐射剂量分布的变化在体积弧放疗(VMAT),自适应确定正确的时间重新计划在前列腺癌患者进步的重量(WT)变化。五VMAT患者前列腺癌被选为剂量测定的分析。原始计算机断层扫描图像,九个人工创建身体轮廓,以反映进步WT变化。结合三个不同的光子能量(6 10和15-MV), 27个类似虚拟VMAT计划被创建的每个病人。剂量测定的分析包括评估目标覆盖、合格指数、均匀性指数、风险和器官剂量。计划之间的剂量差异决定使用伽马指数分析和剂量测定的比较分析。的意思是成为低于98%时身体轮廓和增长了2.0厘米或更多成为高于107%时身体轮廓简约10-MV计划在1.5厘米以上。这个截止值关联与伽马指数分析结果。因此,自适应重新规划应该被视为如果身体轮廓变得1.5厘米的深度较小(WT损失)或2.0厘米大(WT增益)的患者通过VMAT 10-MV光子。

1。介绍

放疗(RT)的目标是最大化肿瘤控制同时最小化损伤周围正常组织(1]。为了实现这一目标,常规RT技术已经替换为更复杂的交付方法,如调强放射治疗(IMRT)和容积调制电弧放疗(VMAT),它可以创造更高的剂量梯度之间的肿瘤和正常组织2- - - - - -5]。然而,如果不支持这些技术的图像引导放射治疗(IGRT),使用各种客房成像设备,陡峭的剂量梯度可以增加丢失的风险目标(6,7]。借助IGRT技术如客房cone-beam计算机断层扫描(CT),可以研究设置错误和解剖学变化在RT会话。然而,很难确定观察到的解剖学变化是否足够重要需要考虑一种新的自适应放疗(ART)计划(8- - - - - -10]。

前列腺癌是男性最常见的癌症,和RT通常用于治疗这种癌症(11,12]。由于前列腺癌的放射生物特性,往往需要更高的剂量RT很长时间。然而,由于直肠和膀胱前列腺附近,一个非常高水平的精确的艺术技巧是至关重要的(13,14]。为艺术,必须考虑各种各样的解剖学变化,体重的变化(WT)就是其中之一。WT变化往往在前列腺癌患者由于各种原因如脱水和食欲不振或激素治疗的副作用15,16]。史密斯et al。15)报道,身体WT接受雄激素剥夺的患者增加了2.4±0.8%。这些身体WT和身体轮廓的变化可能会影响辐射剂量分布。周润发和江16)报道,2厘米轮廓深度,减少病人WT造成的损失,可能会增加目标和正常器官的剂量超过5%。自WT每个病人的变化,个性化的艺术是必要的。然而,没有标准的标准最优时间来考虑艺术。

因此,在这项研究中,我们计算和分析目标和器官的剂量测定的变化风险(浆)病人的WT改变。的伽马指数通常用来量化的质量计算交付计划,我们建议标准这将帮助在决定最优时间来考虑艺术在前列腺癌患者WT变化。

2。材料和方法

2.1。病人和放射治疗

五前列腺癌患者旗下国立大学昌原医院2016年7月至2017年5月被选为研究。所有患者治疗VMAT由于低至中度风险的基础上(美国国家综合癌症网络)前列腺癌。所有的病人在仰卧位固定空着直肠和膀胱。CT图像拍摄并导入到Eclipse治疗计划系统版本13.7(美国瓦里安公司,桑尼维尔CA)。目标和桨的波状外形的CT图像。前列腺和精囊被划定为总值肿瘤体积(制造)。临床靶体积(CTV)被定义为制造中心一样。规划目标卷(PTV)是由扩张的CTV后方5毫米除了3毫米。直肠和膀胱被划定为桨。VMAT计划是使用双光子360度弧和高清120 -叶multileaf准直器的瓦里安TrueBeam(美国瓦里安医疗系统,帕洛阿尔托,CA)。 All patients were prescribed a dose of 78 Gy in 39 fractions. The VMAT plan was normalized so that 95% of the PTV received more than 100% of the prescribed dose. Based on the QUANTEC (Quantitative Analyses of Normal Tissue Effects in the Clinic) guidelines radiation exposure of the rectum was limited so that< 50%,< 35%,< 25% ( :器官体积的百分比Gy或更多)。同样,膀胱接触有限,这样< 50%,< 35% (17]。本研究机构审查委员会批准(IRB)旗下国立大学的昌原医院(IRB 2017-08-012)。

2.2。的身体轮廓的变化和虚拟治疗计划

身体的轮廓被人为地收缩和扩展传统的CT图像从−2.0厘米到2.0厘米,0.5厘米的增量(图1),模拟病人的WT变化。骨骼和内脏被保存在相同的位置。而人为地扩大地区被分配一个CT密度根据周围的软组织,简约的地区被空气密度值所取代。九个不同的CT集准备每个病人,其中包括原始CT扫描,四组扩大CT模拟WT增益,和四个简约CT集模仿WT损失。比较,自适应VMAT计划为每个病人都用这些CT集,同时保持所有其他规划参数,如目标卷,桨,处方剂量,梁几何和dose-volume优化标准相同原始VMAT计划。自适应VMAT计划是由三个不同的光子能量变化(6-MV、10-MV和15-MV)。因此,共有27个可比VMAT计划(9日与3种不同能量不同的CT集)是由每个病人。

2.3。剂量测定的分析

通过分析dose-volume直方图(逆向),每个VMAT计划的PTV报道相比,整合指数(CI),均匀性指数(HI),剂量直肠和膀胱。使用条款PTV覆盖进行了分析( :的剂量%的体积)和PTV。重新计算计划被认为是不可接受的,如果PTV低于98%或PTV吗高于107%18,19]。该计划也被认为是不可接受的,如果剂量直肠和膀胱超过QUANTEC推荐剂量约束。

所有计划的一致性和均匀性指数计算使用以下公式(20.,21]: 在哪里被定义为包含处方等剂量和体积吗体积是目标。最优值是1,对应于一个理想的构象。CI大于1表明,辐照量大于目标体积和包括一些正常组织,而CI低于1表明,只有一个目标的一部分体积越来越辐照(20.]。和的最低剂量目标量的95%和5%,分别。理想的值是1,增加不均匀性导致增加嗨。

2.4。伽马指数分析

伽马指数计算是一个概念之间的差异计算计划剂量和剂量的测量计划具体的质量保证(QA)设备,通常用于RT诊所IMRT的QA和VMAT计划(22,23]。然而,在我们的研究中,我们应用这一概念比较两个计划和显示剂量差异作为一个单一的数值。二维伽马指数衡量电子门户成像设备(EPID)和瓦里安门户剂量测定法计算系统(13.6版)是用来定量评估实际的变化产生由于剂量WT变化。我们采用伽马指数方程提出了低et al。23)和修改如下: 在哪里是一个测量的实验计划(WT)变化和吗是一个测量的标准计划(WT没有变化)。在哪里和是和剂量传递标准的距离被定义为3毫米,3%在这项研究中,在吗测量剂量在“s”(标准)或“e”(实验)的计划。关键是如果通过γ值为1或低于1,关键是如果失败伽马值大于1。γ通过率定义如下: 实验计划被认为是不可接受的如果伽马通过率低于95%或最大伽马指数高于3.5。

这个测量中,我们使用0.5和1厘米厚板幻影反映病人的身体轮廓的变化(−2.0厘米到2.0厘米)。VMAT计划相同的监控单元(μ)和龙门式旋转来照射这些幻影与不同厚度(图2)。使用2厘米厚的剂量分布测量幻影被视为标准(无WT变化)。这是剂量分布测量用幻影相比厚度从0到4厘米。的一个例子伽马指数分析结果如图3。

3所示。结果

3.1。目标覆盖率

剂量测定的分析目标覆盖的结果如表所示1和数字4(一)- - - - - -4 (b)。的意思是PTV逐渐下降的身体轮廓从−2.0厘米扩大到2厘米0.5厘米的增量。在三个不同的光子能源计划,6-MV计划显示最显著的减少。成为低于98%当身体轮廓被扩大到1.5厘米和2.0厘米6-MV 10-MV计划,分别。的意思是对于PTV增加身体轮廓收缩和减少身体轮廓的扩大。PTV成为高于107%当身体轮廓简约10-MV 1.5厘米或更多的计划和6-MV 1.0厘米或更多的计划。均值置信区间也逐渐减少身体轮廓扩大。CI是低于0.5的身体轮廓时增长了1.5厘米和2.0厘米6-MV 10-MV计划,分别。PTV恶化的意思是你好身体轮廓收缩或扩大。VMAT计划使用15-MV光子能量的结果类似于使用10-MV光子能量。

(一)规划目标卷覆盖率(%)


	的身体轮廓的变化(cm)
	−2.0	−1.5	−1.0	−0.5	0	0.5	1.0	1.5	2。0

6-MV	103.08	102.33	101.49	100.66	100.00	99.28	98.31	97.35	96.34
6-MV	110.74	108.94	107.34	106.06	105.36	104.72	104.06	103.52	103.00
10-MV	102.83	101.83	101.13	100.51	100.00	99.48	98.81	98.04	97.39
10-MV	108.78	107.50	106.32	105.48	105.02	104.68	104.06	103.56	103.12
15-MV	102.22	101.66	101.05	100.46	100.00	99.52	98.93	98.30	97.68
15-MV	108.72	107.56	106.50	105.62	105.12	104.60	104.02	103.54	103.12

:处方剂量覆盖的百分比的体积。斜体字体:不可接受的。

(b)一致性和均匀性指数


		的身体轮廓的变化(cm)
		−2.0	−1.5	−1.0	−0.5	0	0.5	1.0	1.5	2。0

6-MV	CI	1.18	1.14	1.10	1.05	1.00	0.91	0.62	0.33	0.19
6-MV	嗨	1.047	1.037	1.032	1.029	1.028	1.029	1.033	1.037	1.043
10-MV	CI	1.15	1.11	1.08	1.03	1.00	0.93	0.74	0.50	0.31
10-MV	嗨	1.040	1.039	1.029	1.028	1.027	1.028	1.030	1.033	1.036
15-MV	CI	1.14	1.11	1.07	1.02	0.99	0.94	0.78	0.55	0.39
15-MV	嗨	1.042	1.037	1.033	1.031	1.030	1.026	1.031	1.033	1.034

CI,一致性指数;嗨,均匀性指数。

(一)

(b)

(c)

(d)

3.2。正常组织的

直肠和膀胱的剂量逐渐增加的身体轮廓收缩和减少身体轮廓是扩大。在三个不同的光子能源计划,6-MV计划显示最显著的减少。直肠从9.57%上升到10.67%的身体轮廓简约10-MV 2.0厘米的计划。膀胱10-MV也从13.59%上升到14.61%的计划。然而,这些差异相对较小,所有参数满足正常组织剂量约束甚至在6-MV计划与身体轮廓收缩了2.0厘米。整体的详细dose-volume数据直肠和膀胱如表所示2和图5。图6显示了一个病人的逆向变化。


	的身体轮廓的变化(cm)
	−2.0	−1.5	−1.0	−0.5	0	0.5	1.0	1.5	2。0

6-MV	10.87	10.45	10.06	9.73	9.44	9.24	8.91	8.57	8.30
6-MV	14.66	14.34	13.98	13.65	13.39	13.16	13.09	12.54	12.48
10-MV	10.67	10.36	10.08	9.82	9.57	9.36	9.12	8.88	8.64
10-MV	14.61	14.33	14.07	13.76	13.59	13.36	13.08	12.79	12.56
15-MV	10.65	10.35	10.06	9.71	9.63	9.40	9.13	8.93	8.70
15-MV	14.61	14.34	14.08	13.80	13.63	13.43	13.22	12.91	12.77

,器官体积的百分比Gy或更多; ,直肠 ; ,膀胱。

(一)

(b)

图6

dose-volume直方图的一个例子(逆向)体积调制电弧放疗计划使用10-MV光子能量的前列腺癌患者。dose-volume直方图表示使用不同的颜色(PTV,红色;直肠,橙色;膀胱、蓝色)和类型的行(−2.0厘米的身体轮廓,广场;原始的身体轮廓,三角形;2.0厘米的身体轮廓,小圆)。

3.3。伽马指数分析

表3和数字4 (c)- - - - - -4 (d)显示变化的伽马传递率和最大伽马指数。平均γ在两个方向传递率降低身体轮廓进行扩张或者收缩。6-MV计划,γ传递率成为低于95%都当身体轮廓简约1.0厘米或更多,当身体轮廓是增长了1.5厘米或更多。最大的伽马指数也高于3.5在相同条件下。10-MV和15-MV计划,伽马指数分析显示不可接受的结果当身体轮廓简约在1.5厘米以上或扩张了2.0厘米或更多。


		的身体轮廓的变化(cm)
		−2.0	−1.5	−1.0	−0.5	0	0.5	1.0	1.5	2。0

6-MV	探地雷达	90.10	91.80	94.30	98.00	100.00	98.70	95.50	93.80	92.50
6-MV	毫克	10.00	8.76	6.27	3.21	0.00	1.85	2.88	3.69	4.29
10-MV	探地雷达	91.60	93.20	95.70	99.40	100.00	99.80	96.90	95.10	93.30
10-MV	毫克	6.89	4.81	3.19	1.75	0.00	1.39	2.19	2.85	3.30
15-MV	探地雷达	92.80	94.60	96.50	99.70	100.00	99.80	98.00	95.80	94.10
15-MV	毫克	5.90	4.55	3.01	1.58	0.00	1.06	1.68	2.08	2.38

探地雷达伽马通过率;毫克,最大伽马值。斜体字体:不可接受的。

4所示。讨论

我们能做些什么,如果身体轮廓改变阻碍剂量的准确性交货吗?因为个人身体轮廓的变化不能由简单的几何校正方法,如在沙发位置修正目标或病人转移,应考虑其他策略。这些策略包括(a)使用大型PTV利润(24,25覆盖不同的身体轮廓的变化,(b)容忍,或来自目标的风险,或(c)重新规划治疗,以适应个人的身体变化(26,27]。道德,艺术可能是迄今为止最合理的解决方案。最近,Castelli et al。28)研究了自适应重新规划的好处在头部和颈部癌症解剖变化频繁等重量变化和肿瘤收缩。他们报告说,每周重新规划可以降低平均剂量的腮腺腺体5.1 Gy。这个剂量差异可以降低口腔干燥的绝对风险平均为11%。前列腺癌在我们的研究中,自适应重新规划根据体重变化增加的好处目标的体积,减少2.61%目标的体积,直肠 ,和膀胱分别高达3.76%、1.1%和1.02%。然而,尽管这种好处没有明确的标准当艺术应该考虑使用身体轮廓或WT变化。

当艺术应该考虑吗?我们所知,没有研究已经解决这个问题。在我们的研究中,随着身体轮廓的改变(2厘米−2厘米),正常组织的剂量没有穿过公差极限。然而,剂量测定的参数和伽马指数目标覆盖率的分析取得了一致的结果。使用6-MV光子能量,这个计划成为不可接受的身体轮廓是否萎缩了1厘米或更多或增长了1.5厘米或更多。然而,随着10-MV或15-MV光子能量,由2.0厘米1.5厘米的收缩或扩张的计划不可接受的。因此,艺术应该考虑如果身体轮廓的深度大于或小于1.5厘米2.0厘米。变化超出这些值可能影响目标覆盖率和伽马指数分析导致失败。身体轮廓的深度可以通过测量获取客房千伏或MV cone-beam CT (CBCT)图像或通过测量source-to-skin距离(SSD)根据每个机构的设备。然而,当只使用SSD,应该考虑几个因素,如病人定位和固定。

前列腺癌患者最佳的光子能量是什么?几项研究已经报道更好的剂量测定的分布与10-MV计划相比6-MV IMRT计划和VMAT28,29日]。计划与10-MV 15-MV几乎没有优势计划但可能携带的风险增加中子污染(29日,30.]。我们的研究结果表明,10-MV计划比6-MV计划。10-MV计划导致较小的剂量差异随着身体轮廓或WT改变,相比6-MV计划。然而,由于10-MV和15-MV计划之间的差异相对较小,中子污染的风险增加的能量剂量越高,使用10-MV光子光束的强度建议前列腺癌。

限制。首先,我们的研究仅限于VMAT计划,治疗只有前列腺和精囊。虽然目标和桨特型RTOG指南后,几个规划等因素的优化技巧研究结果可能会改变了。因此,我们的研究结果和建议的截止值可能并不适用于所有机构。第二个限制是,在实际的临床情况下,身体的轮廓以统一的方式不改变,如图1。此外,内部器官的位置可能会改变身体WT的变化。然而,这些因素没有考虑在这个研究。进一步从实际临床病例回顾性研究使用WT更改需要回答这些问题。然而,我们的研究提供了一个准则选择最优次给艺术前列腺癌患者WT变化。

5。结论

总之,我们发现前列腺VMAT WT变化会引起相当大的目标剂量分布的变化。我们建议在使用10-MV VMAT计划为前列腺癌的患者,适当的时候要考虑适应重新规划是当身体轮廓变得小1.5厘米(WT损失)或2.0厘米(WT增益)比原来的值。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

胡恩Sik崔和广子乔的贡献同样工作。

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