Clinical implementation of adaptive pelvic radiotherapy by using daily CBCT for planning

In the treatment of prostate cancer with external beam radiation therapy (EBRT), internal changes in tissue distribution that can occur during the course of radiotherapy treatment can lead to inaccurate dose delivery, that is, underdosage of the treatment volume and overdosage of the organs at risk....

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Καραϊορδανίδης, Αθανάσιος
Άλλοι συγγραφείς: Karaiordanidis, Athanasios
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2023
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:https://hdl.handle.net/10889/25219
id nemertes-10889-25219
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Radiation therapy
Adaptive radiation therapy
Cone beam computed tomography
Prostate cancer
Ακτινοθεραπεία
Προσαρμοσμένη ακτινοθεραπεία
Αξονική τομογραφία κωνικής δέσμης
Καρκίνος του προστάτη
spellingShingle Radiation therapy
Adaptive radiation therapy
Cone beam computed tomography
Prostate cancer
Ακτινοθεραπεία
Προσαρμοσμένη ακτινοθεραπεία
Αξονική τομογραφία κωνικής δέσμης
Καρκίνος του προστάτη
Καραϊορδανίδης, Αθανάσιος
Clinical implementation of adaptive pelvic radiotherapy by using daily CBCT for planning
description In the treatment of prostate cancer with external beam radiation therapy (EBRT), internal changes in tissue distribution that can occur during the course of radiotherapy treatment can lead to inaccurate dose delivery, that is, underdosage of the treatment volume and overdosage of the organs at risk. This results in decrease in plan quality. Adaptive radiation therapy (ART) is a technique that intends to improve the therapeutic ratio by monitoring and identifying patient-specific treatment variations and incorporating them to modify the treatment plan, reducing the negative effects of these variations. The purpose of this study is to assess the volumetric and dosimetric changes in the rectum during the course of radiotherapy using cone-beam computed tomography (CBCT) images that were acquired prior to treatment delivery and compare these changes with the corresponding ones of the original plan. Then, an adaptive planning method will be proposed which aims to mitigate these variations and result in an improved outcome as close as possible to that of the original plan. This retrospective study included 17 prostate cancer patients who underwent hypofractionated volumetric modulated arc therapy (VMAT) treatment. The patients were treated with a total dose of 65 Gy over 26 fractions (2.5 Gy/fraction). CBCT images that were acquired prior to the delivery of every fraction, were used for delineation of the rectum and calculation of the rectal volume. Then, with the application of rigid image registration, calculations of rectal volume that was included in the high-dose region of the PTV (Vin), the Dice coefficient (DSC), the mean (Dmean) and maximum (Dmax) dose to the rectum, as well as the volume of the rectum that receives at least 66 Gy (V66Gy) were performed. Afterwards, a library of plans was created for 5 selected patients where the V66Gy was exceeding the acceptance criteria for rectum constraints (V66Gy>5%), and for 1 additional patient where the rectal volume was significantly larger in the pCT compared to the CBCTs. The plans were created using the Monaco Treatment Planning System (TPS) (Elekta, Crawley, UK). The aforementioned calculations were performed on the adaptive plans and the differences between non-adaptive and adaptive treatment were assessed. In the non-adaptive treatment, rectal volume varied significantly over the course of the treatment for all patients and the Vin was considerably greater in the CBCTs compared to the pCT for most of the cases. Also, the actual Dmean and Dmax received by the rectum as well as the V66Gy were higher compared to the original plan in most patients. Specifically, V66Gy was exceeding 5% in 7 patients. The adaptive treatment compensated for anatomical changes and improved volume changes, Vin, and DSC significantly (p<0.05), as well as the respective dispersions. Compared with non-adaptive treatment, this strategy resulted in a significant (p<0.05) decrease of Dmean, Dmax, and V66Gy. Additionally, for the patient where the rectal volume was significantly larger in the pCT compared to the CBCTs, DSC was significantly improved. In conclusion, an adaptive strategy using plan selection performed better than the non-adaptive treatment for prostate cancer radiotherapy. The dose to the rectum was decreased significantly when the adaptive treatment was applied. This is important for hypofractionated treatments in which a higher control and accuracy on dose deposition is required.
author2 Karaiordanidis, Athanasios
author_facet Karaiordanidis, Athanasios
Καραϊορδανίδης, Αθανάσιος
author Καραϊορδανίδης, Αθανάσιος
author_sort Καραϊορδανίδης, Αθανάσιος
title Clinical implementation of adaptive pelvic radiotherapy by using daily CBCT for planning
title_short Clinical implementation of adaptive pelvic radiotherapy by using daily CBCT for planning
title_full Clinical implementation of adaptive pelvic radiotherapy by using daily CBCT for planning
title_fullStr Clinical implementation of adaptive pelvic radiotherapy by using daily CBCT for planning
title_full_unstemmed Clinical implementation of adaptive pelvic radiotherapy by using daily CBCT for planning
title_sort clinical implementation of adaptive pelvic radiotherapy by using daily cbct for planning
publishDate 2023
url https://hdl.handle.net/10889/25219
work_keys_str_mv AT karaïordanidēsathanasios clinicalimplementationofadaptivepelvicradiotherapybyusingdailycbctforplanning
AT karaïordanidēsathanasios klinikēepharmogēprosarmosmenēsaktinotherapeiaspyeloumechrēsēēmerēsiōnaxonikōntomographiōnkōnikēsdesmēscbctgiaschediasmoplanou
_version_ 1771297334370500608
spelling nemertes-10889-252192023-06-29T04:00:13Z Clinical implementation of adaptive pelvic radiotherapy by using daily CBCT for planning Κλινική εφαρμογή προσαρμοσμένης ακτινοθεραπείας πυελού με χρήση ημερησίων αξονικών τομογραφιών κωνικής δέσμης (CBCT) για σχεδιασμό πλάνου Καραϊορδανίδης, Αθανάσιος Karaiordanidis, Athanasios Radiation therapy Adaptive radiation therapy Cone beam computed tomography Prostate cancer Ακτινοθεραπεία Προσαρμοσμένη ακτινοθεραπεία Αξονική τομογραφία κωνικής δέσμης Καρκίνος του προστάτη In the treatment of prostate cancer with external beam radiation therapy (EBRT), internal changes in tissue distribution that can occur during the course of radiotherapy treatment can lead to inaccurate dose delivery, that is, underdosage of the treatment volume and overdosage of the organs at risk. This results in decrease in plan quality. Adaptive radiation therapy (ART) is a technique that intends to improve the therapeutic ratio by monitoring and identifying patient-specific treatment variations and incorporating them to modify the treatment plan, reducing the negative effects of these variations. The purpose of this study is to assess the volumetric and dosimetric changes in the rectum during the course of radiotherapy using cone-beam computed tomography (CBCT) images that were acquired prior to treatment delivery and compare these changes with the corresponding ones of the original plan. Then, an adaptive planning method will be proposed which aims to mitigate these variations and result in an improved outcome as close as possible to that of the original plan. This retrospective study included 17 prostate cancer patients who underwent hypofractionated volumetric modulated arc therapy (VMAT) treatment. The patients were treated with a total dose of 65 Gy over 26 fractions (2.5 Gy/fraction). CBCT images that were acquired prior to the delivery of every fraction, were used for delineation of the rectum and calculation of the rectal volume. Then, with the application of rigid image registration, calculations of rectal volume that was included in the high-dose region of the PTV (Vin), the Dice coefficient (DSC), the mean (Dmean) and maximum (Dmax) dose to the rectum, as well as the volume of the rectum that receives at least 66 Gy (V66Gy) were performed. Afterwards, a library of plans was created for 5 selected patients where the V66Gy was exceeding the acceptance criteria for rectum constraints (V66Gy>5%), and for 1 additional patient where the rectal volume was significantly larger in the pCT compared to the CBCTs. The plans were created using the Monaco Treatment Planning System (TPS) (Elekta, Crawley, UK). The aforementioned calculations were performed on the adaptive plans and the differences between non-adaptive and adaptive treatment were assessed. In the non-adaptive treatment, rectal volume varied significantly over the course of the treatment for all patients and the Vin was considerably greater in the CBCTs compared to the pCT for most of the cases. Also, the actual Dmean and Dmax received by the rectum as well as the V66Gy were higher compared to the original plan in most patients. Specifically, V66Gy was exceeding 5% in 7 patients. The adaptive treatment compensated for anatomical changes and improved volume changes, Vin, and DSC significantly (p<0.05), as well as the respective dispersions. Compared with non-adaptive treatment, this strategy resulted in a significant (p<0.05) decrease of Dmean, Dmax, and V66Gy. Additionally, for the patient where the rectal volume was significantly larger in the pCT compared to the CBCTs, DSC was significantly improved. In conclusion, an adaptive strategy using plan selection performed better than the non-adaptive treatment for prostate cancer radiotherapy. The dose to the rectum was decreased significantly when the adaptive treatment was applied. This is important for hypofractionated treatments in which a higher control and accuracy on dose deposition is required. Στην ακτινοθεραπεία του καρκίνου του προστάτη με εξωτερική ακτινοβόληση (EBRT), οι εσωτερικές αλλαγές στην κατανομή των ιστών που μπορεί να προκύψουν κατά τη διάρκεια της θεραπείας μπορεί να οδηγήσουν σε ανακριβή χορήγηση δόσης, δηλαδή σε υποδοσολόγηση του όγκου-στόχου και υπερδοσολόγηση των υγιών-κρίσιμων οργάνων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της ποιότητας του πλάνου θεραπείας. Η προσαρμοσμένη ακτινοθεραπεία (ART) είναι μια τεχνική που σκοπεύει να βελτιώσει τη θεραπευτική αναλογία παρακολουθώντας και εντοπίζοντας παραλλαγές στη θεραπεία - συγκεκριμένες για κάθε ασθενή - και ενσωματώνοντάς τες για να τροποποιήσει το πλάνο θεραπείας, μειώνοντας τις αρνητικές επιπτώσεις αυτών των παραλλαγών. Σκοπός αυτής της μελέτης είναι να γίνει αξιολόγηση των ογκομετρικών και δοσιμετρικών αλλαγών στο ορθό κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας, χρησιμοποιώντας εικόνες αξονικής τομογραφίας κωνικής δέσμης (CBCT) που λήφθηκαν πριν από την χορήγηση της θεραπείας, και να γίνει σύγκριση με το αρχικό πλάνο. Στη συνέχεια, θα προταθεί μια προσαρμοσμένη μέθοδος σχεδιασμού που στοχεύει να μετριάσει αυτές τις παραλλαγές και να οδηγήσει σε ένα βελτιωμένο αποτέλεσμα, όσο το δυνατόν πιο κοντά σε αυτό του αρχικού πλάνου. Αυτή η αναδρομική μελέτη περιλάμβανε 17 ασθενείς με καρκίνο του προστάτη που υποβλήθηκαν σε θεραπεία με υποκλασματοποιημένη ογκομετρικά διαμορφούμενη τοξοειδή ακτινοθεραπεία (VMAT). Η θεραπεία των ασθενών έγινε με συνολική δόση ίση με 65 Gy σε 26 συνεδρίες (2,5 Gy/συνεδρία). Οι εικόνες CBCT που λήφθησαν πριν από την χορήγηση κάθε κλάσματος δόσης, χρησιμοποιήθηκαν για την οριοθέτηση του ορθού και τον υπολογισμό του όγκου του ορθού. Στη συνέχεια έγιναν υπολογισμοί του όγκου του ορθού που συμπεριλαμβανόταν στην περιοχή υψηλής δόσης του PTV (Vin), του συντελεστή Dice (DSC), της μέσης (Dmean) και της μέγιστης (Dmax) δόση στο ορθό, καθώς και του όγκου του ορθού που λαμβάνει τουλάχιστον 66 Gy (V66Gy). Στη συνέχεια, δημιουργήθηκε μια βιβλιοθήκη πλάνων για 5 επιλεγμένους ασθενείς όπου το V66Gy υπερέβαινε τα κριτήρια αποδοχής για περιορισμούς στο ορθό (V66Gy>5%) και για 1 επιπλέον ασθενή όπου ο όγκος του ορθού ήταν σημαντικά μεγαλύτερος στην αξονική τομογραφία σχεδιασμού (pCT) σε σύγκριση με τις CBCT. Τα σχέδια δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας το σύστημα σχεδιασμού θεραπείας Monaco (TPS) (Elekta, Crawley, UK). Πραγματοποιήθηκαν οι προαναφερθέντες υπολογισμοί στα προσαρμοσμένα πλάνα και έγινε εκτίμηση των διαφορών μεταξύ μη προσαρμοσμένης και προσαρμοσμένης θεραπείας. Στη μη προσαρμοσμένη θεραπεία, ο όγκος του ορθού διέφερε σημαντικά κατά τη διάρκεια της θεραπείας για όλους τους ασθενείς και το Vin ήταν σημαντικά μεγαλύτερο στα CBCT σε σύγκριση με το pCT για τις περισσότερες περιπτώσεις. Επίσης, οι πραγματικές Dmean και Dmax στο ορθό καθώς και το V66Gy ήταν υψηλότερα σε σύγκριση με το αρχικό σχέδιο στους περισσότερους ασθενείς. Συγκεκριμένα, το V66Gy ξεπερνούσε το 5% σε 7 ασθενείς. Η προσαρμοσμένη θεραπεία αντιστάθμισε τις ανατομικές αλλαγές και βελτίωσε τις διαφορές στον όγκο του ορθού, το Vin και το DSC σημαντικά (p<0,05), καθώς και τις αντίστοιχες διασπορές αυτών. Σε σύγκριση με τη μη προσαρμοσμένη θεραπεία, αυτή η στρατηγική οδήγησε σε σημαντική (p<0,05) μείωση των Dmean, Dmax και V66Gy. Επιπλέον, για τον ασθενή όπου ο όγκος του ορθού ήταν σημαντικά μεγαλύτερος στο pCT σε σύγκριση με τα CBCT, το DSC βελτιώθηκε σημαντικά. Συμπερασματικά, μια προσαρμοσμένη στρατηγική που χρησιμοποιεί επιλογή πλάνου απέδωσε καλύτερα από τη μη προσαρμοσμένη θεραπεία στην ακτινοθεραπεία του καρκίνου του προστάτη. Η δόση στο ορθό μειώθηκε σημαντικά όταν εφαρμόστηκε η προσαρμοσμένη θεραπεία. Αυτό είναι σημαντικό για υποκλασματοποιημένες θεραπείες στις οποίες απαιτείται υψηλότερος έλεγχος και ακρίβεια στην εναπόθεση δόσης. 2023-06-28T06:01:27Z 2023-06-28T06:01:27Z 2023-06-15 https://hdl.handle.net/10889/25219 en application/pdf