Abstract
Mål
For å sammenligne planer ved hjelp av volum-modulert arc terapi (VMAT) med konvensjonelle skyvevindu intensitet-modulert strålebehandling (c-IMRT) for å behandle øvre thorax spiserørskreft (EF).
Metoder
CT datasett av 11 pasienter med øvre thorax EC ble identifisert. Fire planene ble generert for hver pasient: c-IMRT med 5 felt (5F) og VMAT med en enkelt bue (1A), to buer (2A), eller tre buer (3a). Den foreskrevne dosene var 64 Gy /32 F for primærtumor (PTV64). De dose-volum histogram data, ble antallet overvåkningsenheter (mus) og behandlingstiden (TT) for de ulike planene i forhold.
Resultater
Alle planene generert lignende dosefordelinger for PTVs og organer i fare (årer), bortsett fra at 2aeller og 3A-VMAT planer gitt en betydelig høyere samsvars index (CI) enn c-IMRT plan. CI av PTV64 ble forbedret ved å øke antall buer i VMAT planer. Den maksimale ryggmarg dose og planleggings risiko volumet av ryggmargen dose for de to teknikkene var like. De 2aeller og 3A-VMAT planer gitt lavere gjennomsnittlig lunge doser og hjerte V
50 verdier enn c-IMRT. V
20 og V
30 for lungene i alle VMAT planene var lavere enn i c-IMRT plan, på bekostning av å øke V
5, V
10 og V
13. Den VMAT plan resultert i betydelige reduksjoner i Mus og TT.
Konklusjon
2A-VMAT plan ut til å spare lungene fra moderat dose bestråling mest effektivt av alle planer, på bekostning av økning av bestrålingsvolum lavdose, og også betydelig redusert antall nødvendige Mus og TT. CI av PTVs og årer ble forbedret ved å øke bue-tall fra 1 til 2; Det ble imidlertid ikke vesentlig forbedring observert ved hjelp av 3A-VMAT, bortsett fra en økning i TT
relasjon:. Zhang W-Z, Zhai T-T, Lu J-Y, Chen J-Z, Chen Z-J, Li D-R, et al. (2015) volumetrisk modulert Arc Therapy vs c-IMRT for behandling av Øvre Thoracic Esophageal Cancer. PLoS ONE 10 (3): e0121385. doi: 10,1371 /journal.pone.0121385
mottatt: 03.11.2014; Godkjent: 31 januar 2015; Publisert: 27 mars 2015
Copyright: © 2015 Zhang et al. Dette er en åpen tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Data Tilgjengelighet: All relevant data er i avisen og dens saksdokumenter filer
Finansiering: Støtte ble gitt av Science and Technology Planning Project Shantou. 2012-165-131, for czc; Shantou University Medical College Clinical Research Enhancement Initivitate: 201424, for czc. Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
Esophageal kreft (EC) er en av de vanligste ondartede sykdommer i Kina, med en grov forekomst og dødelighet av 19,24 og 15,39 per 100.000 innbyggere, henholdsvis. Behandlingstilbud for pasienter med ikke-distal metastatisk brystspiserørskreft inkluderer fraksjonert ekstern stråle strålebehandling (EBRT) eller kirurgi (av seg selv eller i kombinasjon med EBRT), enten med eller uten kjemoterapi. Mer enn 60% av pasientene er diagnostisert på lokalt avanserte stadier som ikke kan være helt resected. Således har strålebehandling (RT) blitt den viktigste behandlingsmetoden, særlig for øvre toraks EC. Imidlertid er behandlingsplanlegging for RT av øvre thorax EC relativt utfordrende fordi disse svulstene er ofte plassert dypt inne i brystkassen, som ligger ved siden flere kritiske organer, inkludert ryggmarg, lungene og luftrøret. Upassende dosering kan resultere i enten tilbakefall av sykdommen eller alvorlig toksisitet. Derfor er det viktig å undersøke nye stråling levering teknikker for å forbedre dekning dose av denne tumor og reserve normale vev.
Konvensjonell intensitetsmodulert strålebehandling (c-imrt) kan anvendes for å tilveiebringe overlegen dekning av planlegging target volum (PTV) sammenlignet med tredimensjonale konforme strålebehandling (3DCRT) [1-3]. Mange kliniske studier har gitt gode dosimetriske resultater og pasientbehandlinger resultater med IMRT. VMAT er en ny form av IMRT der strålebehandling er levert i løpet av portal rotasjon med dynamisk multi-leaf collimator (MLC) bevegelse, variable doserater (DR) og portal hastighet modulasjon. Mange studier har vist at VMAT kan produsere dosimetrically tilsvar planer om å IMRT for sentralt beliggende kreftformer, som prostatakreft, livmorhalskreft og hode og nakke kreft [4-6] .VMAT krever også en kortere behandlingstid (TT) og færre overvåkingsenheter (mus) enn IMRT, og dermed overvinne de primære ulempene ved IMRT. En kortere behandlingstid kan gjøre pasientene føler seg mer komfortabel og reduserer bevegelses feil under behandling levering. Redusere mengden Mus brukes kan redusere uønsket bestråling av normalt vev og minimere risikoen for sekundær kreft.
I en studie av Benthuysen, bruk av VMAT ga tilsvarende svulst dekning og beskyttelse for organer i fare (årer) og PTV som bruker IMRT, og samtidig redusere den nødvendige Mus og TTS i distal spiserørskreft [7]. Men ingen av de tidligere publiserte rapporter, bortsett fra den nevnte undersøkelsen av Liyin [8], har adressert disse problemene for øvre thorax EF.
Formålet med denne pilotstudien var å vurdere muligheten for å bruke VMAT for thorax EF og å formulere en optimal planløsning for denne teknikken ved å sammenligne svulst dekning, OAR sparsom, MUS og TTS for VMAT og c-IMRT planer. Effekten av buen tall på dosefordeling i VMAT planene ble også analysert.
Materialer og metoder
Pasient
CT datasett ble identifisert for 11 pasienter (8 menn og 3 tisper), som patologisk hadde bekreftet øvre thorax esophageal plateepitelkarsinom og gjennomgikk radikal strålebehandling ved Shantou Universitetet Cancer Hospital i 2008. Dette retrospektiv studie ble godkjent av etikkomiteen ved Shantou University Medical College Tumor Hospital. Alle deltakerne gir sitt skriftlige samtykke til å delta i denne studien. Lengdene av tumorlesjoner varierte fra 4,5 til 10,5 cm, med en median på 6,0 cm og en middelverdi på 6,3 cm. Volumene av esophageal svulster var 5,9 til 50,95 cm
3, med en median på 21,0 cm
3 og et gjennomsnitt på 25,1 cm
3. Tumor egenskaper er oppsummert i tabell 1.
Simulering
Alle pasientene ble immobilisert med et hode og øvre thorax termomaske i liggende stilling med armene langs kroppen sin. Alle CT datasett ble anskaffet ved hjelp av en spiral CT-skanner (Philips Brilliance CT Big Bore Oncology Configuration, Cleveland, Ohio, USA). CT-bilder ble tatt på en 5 mm tykkelse i hele thorax og hals som strekker seg til 10 cm utenfor grensene av svulsten. Dataene ble overført til Eclipse 10,0 behandling planlegging (Varian Medical Systems, Palo Alto, CA, USA) i henhold til DICOM 3.0-protokollen.
Avgrensning av målet volumer og organer i fare
brutto tumor volum (GTV) og kliniske målet volumer (CTVs) ble formet av senior leger. Den GTV, inkludert kreftfaren og involverte positive regionale lymfeknuter, ble definert ved hjelp av CT-bilder, barium svelge gjennomlysning og endoskopi. To CTVs ble formet for å dekke potensielle mikroskopiske sykdommer. CTV
64 ble avgrenset med 5-10 mm radial og 20 mm langsgående marginer med hensyn til GTV. CTV
54 ble avledet fra CTV
64 pluss lymfeknute drenerende område i den øvre mediastinum og bilateral supraclavicularis region. Irrelevant beinstruktur og lungevev ble ekskludert fra CTVs. PTV ble skapt ved å legge til en 5-mm margin til den relative CTV. Følgende årer ble vurdert: lungene, hjertet og ryggmargen med planleggingen risiko volum (PRV-ryggmarg, ryggmarg pluss en 5-mm margin)
Planlegging teknikker og målsettinger
Alle de behandlingsplaner ble generert for å levere 64 Gy og 54 Gy til PTV
64 og PTV
54, henholdsvis i 32 fraksjoner ved hjelp av Eclipse 10,0 behandling planlegging (Varian Medical Systems, Palo Alto, CA, USA) med en 6-MV fotonstråle fra et Varian Truebeam lineær akselerator (Varian Medical Systems, Palo Alto, CA, USA), som var utstyrt med en MLC med 120 blader (med en romlig oppløsning på 5 mm ved isomidtpunktet for de sentrale 20 cm og 10 mm for de ytterste 20 cm). Begge planene ble optimalisert ved en maksimal DR 600 MU /min. Kontinuerlig gantry bevegelse, dose-rate variasjon, og MLC bevegelse ble tilnærmes ved å optimalisere individuelle stråler ved 2 ° intervaller gantry vinkel. Dosen Beregningen ble utført ved anvendelse av den anisotrope analytisk algoritme (AAA, versjon 8.6.02) ved anvendelse av en 2,5 mm gitter. Planleggingen mål for PTV
64 var minst 95% av PTV volumet som fikk 100% av den foreskrevne dosen, med dmin 60 Gy, Dmax 70 Gy og V
105% 5%. Følgende dosebegrensninger ble definert for årene: ryggmarg, D
max 40 Gy; PRV-Ryggmargs, D
max 45 Gy; hjerte, V
30 30%; og lunge, V
20 25% og V
30 20%. Å oppfylle målene for PTV ble en høyere prioritet enn å oppfylle de for OARs.To møte foreskrevet og Åre begrenset, planlegging mål, dose-volum begrensninger som volum og vekt ble finjustert for alle planene i løpet av inverse planlegger å bruke den direkte maskin parameter optimalisering metoden. For å sikre konsistens av planlegging teknikker, ble alle de behandlingsplaner utarbeidet av fysikere med over 8 års klinisk erfaring i IMRT, og over 3 år i VMAT planning.The planlegging krav og teknikker for planleggere ble også justert ved å trene med standard protokoller og prosedyrer i avdelingen
c-IMRT planer
c-IMRT planene ble opprettet ved hjelp av fem i samme plan felt (5F, portal vinkler:. 0 °, 72 °, 144 °, 216 ° og 288 °). MLC blad sekvenser av planene ble generert ved hjelp av en dynamisk fast felt skyvevindu IMRT levering teknikk.
VMAT planer
Koplanar buer med fullt gantry rotasjon og motsatt rotasjon (med eller mot klokken) ble benyttet for hver enkelt plan og ble optimalisert samtidig: en enkelt bue for 1A, to buer for 2A og tre buer for 3A (med urviseren, mot klokken eller med klokken, henholdsvis). Feltet størrelse og kollimatoren rotasjon ble bestemt ved hjelp av et automatisk verktøy fra Eclipse til å omfatte PTV. Hver enkelt bue var begrenset til en sekvens av 177 kontrollpunkter; derfor ble to og tre i samme plan buer brukes til å øke modulasjon faktor under optimalisering for å samtidig oppnå øke målet homogenitet og redusere involvering av årene.
Etter behandling planlegging ble gjennomført, planen ble normalisert til å dekke 95 % av PTV med 100% av den foreskrevne dose. I denne studien ble begrensninger og prioriterte faktorer i c-IMRT og VMAT planene endret for å optimalisere resultatene ved å justere parametere som en funksjon av dose-volum histogram (DVH) data for hver pasient.
Evaluering verktøy
lans pwere evaluert ved hjelp DVH data. D
x var den spesifikke dosen som ble beregnet for en brøkdel av et mål eller et organ volum, og V
x var det volum som ble bestrålt over en bestemt dose. Gjennomsnittlig dose (D
mean) og den maksimale dosen (D
max) for PTV ble analysert, der CI av PTV
64 ble definert som (1) product: (1)
Homogeniteten indeksen (HI) av PTV ble beregnet som i (2) 🙁 2) (iethe differansen mellom den dose som dekker 5% og 95% av den PTV). DVH parametere for årer (ryggmargen, PRV-ryggmarg, hjerte og lunger) ble beregnet og sammenlignet ved hjelp av en
t
-test.
Statistiske analyser
Statistiske Package for Social Science (SPSS, versjon 19.0, Chicago, IL, USA) ble brukt til å utføre de statistiske analysene. En normal fordeling testen viste at alle dataene var normalfordelt. Dataene for de forskjellige planene ble rapportert som gjennomsnitt ± standardavvik (X ± S) og sammenlignet ved hjelp av en sammenkoblet to-halet t-test. Forskjellene i data ble ansett for å være statistisk signifikant for
P
0,05.
Resultater
Target dekning, konformitet og dose homogenitet
Alle de VMAT og c-IMRT planer var klinisk akseptabelt. De VMAT og c-imrt Resultatene er angitt i tabell 2. DVH av PTV for en pasient, er vist i fig. 1. 2A og 3A VMAT planer generert en betydelig bedre CI for PTV
54 enn c-IMRT plan. Det var ingen signifikant forskjell mellom 2A og 3A planer, bortsett fra at den V
105 var lavere for 3A plan (P 0,05), for således favoriserer 3A plan. I tillegg er 3A plan hadde en bedre HI for PTV
64 enn c-IMRT plan (
P
0,05), mens tilsvarende HI verdier ble oppnådd for 2A og c-IMRT planer. HI verdi for 1A planen var litt dårligere enn c-IMRT plan (
P
0,05). Det var små, men statistisk signifikant forskjeller i V
93, V
95 og V
105 verdier av PTV
54 mellom VMAT og c-IMRT planer. Samsvars og homogenitet av VMAT planene bedre etter hvert som flere buer ble brukt.
årer
De dosimetriske resultater for ryggmargen, PRV-ryggmarg, hjerte og lunger er oppsummert i tabell 3. DVH for OAR i en pasient, er vist i fig. 1. D
maks for ryggmargen og PRV-ryggmargen var lik for 2A og c-IMRT planer, mens 3A plan viste en svak og betydelig trend mot bedre resultater enn c-IMRT plan ( P 0,05). Bare 1A plan oppnådd en høyere D
max enn c-IMRT plan (
P
0,05). Den VMAT plan generert en betydelig lavere V
20 og V
30 for lungene enn c-IMRT plan (
P
0,05) som V
5, V
10 og V
13 ble gradvis økt. Likeledes D
middelverdien av lungene og hjertet V
50 var lavere for den 2A og 3A plan enn for 1A eller c-imrt planer. Ingen signifikant forskjell ble funnet mellom 2A og 3A planer eller 1A og c-IMRT planer.
Mus og TTS
Leverings effektivitet (i form av antall Mus og TT) er vist i tabell 4.
antall Mus for 1A (331 ± 18), 2A (345 ± 16) og 3A (347 ± 14) planer ble redusert med 50% , 48% og 48%, henholdsvis over at av c-IMRT plan (663 ± 71). Vi beregnet TT, og resultatet var imrt (183 ± 12 sek), 1A (68 ± 4 sek), 2A (137 ± 7 sek) og 3A (222 ± 15 sekunder). Alle planene ble også utført i QA-modus for å registrere TTS. Sammenlignet med c-IMRT plan, var det betydelige reduksjoner på 67% og 21% i TTS for 1A og 2A planer (62 ± 1 sek og 149 ± 1 sek vs. 189 ± 15 sek), mens TT av 3A plan har økt med 26% (239 ± 1 sek) .Plans 1A og 2A hadde en raskere levering enn c-IMRT.
Diskusjoner
Brahme et al. utviklet en ny metode hvor rekkefølgen av konvensjonell behandling planlegging ble reversert: optimale innfallende stråledose fordelinger ble bestemt fra den ønskede dosefordeling i målevolumet i 1988 [9]. Siden da har c-IMRT etter hvert blitt den foretrukne planleggingsmetode for mange kreftformer. En studie har vist at PTV dekning for en c-IMRT plan med 5F var sammenlignbare med de for 7F eller 9F c-IMRT planer for øvre thorax EC. Fu et al. [10] fant at det er samsvar mellom de c-IMRT planer ikke forbedret ytterligere ved å øke antall felt utover fem. Wang et al. [11] rapporterte at både 5- og 7F c-IMRT planer var optimale metoder for øvre thorax EC. Derfor har vi utviklet c-IMRT planer med fem felt i denne studien.
I løpet av de siste årene, har det vist seg at VMAT, en ny form av IMRT er dosimetrically overlegen c-IMRT [5 , 12-13]. Den mest passende antall buer som brukes i planene med hensyn til ulike sykdoms områder fortsatt et tema for debatt. Men ved å bruke flere buer i VMAT gjør den overlegne modulering av faktorene under optimalisering ved å dra nytte av den uavhengige optimalisering, urelaterte sekvens av MLC form, portal fart og doserate kombinasjoner. Dermed øker antall buer i en VMAT plan optimaliserer videre fordelingen dose i PTV i form av konformitet og homogenitet. Men VMATs med et større antall buer generelt krever mer tid for behandling levering og kvalitetssikring. Derfor forblir den riktige bue antall VMATs som skal bestemmes.
konformitet og homogeniteten til dosefordeling i PTV bestemmes av målet volumer leveringsutstyr og stråleteknologi. Flere studier har vist at en 1A VMAT plan kan være dosimetrically mindre gunstig enn en fast stråle IMRT plan [14-16].
Våre resultater viste at 2A og 3A planer generert en overlegen CI for PTV til c-IMRT plan (0,88 og 0,89 vs 0,86, P = 0.046,0.008), mens det var ingen signifikant forskjell mellom 1A VMAT og c-IMRT planer, bortsett fra at c-IMRT plan hadde en bedre HI enn 1A VMAT plan. Videre analyser viste at økende buen nummeret til VMAT plan forbedret CI (0,88 og 0,89 for 2A og 3A planer vs. 0,85 i 1A plan) og HI (1,07 og 1,06 i 2A og 3A planer vs. 1,08 i 1A plan) av PTV. Men ingen signifikant forskjell ble funnet mellom 2A og 3A planer.
Betydelige fremskritt er gjort i strålebehandling levering teknikker i løpet av de siste tiårene. Denne utviklingen har primært vært drevet av behovet for å redusere stråledose og volumet av normale vev og organer, for derved å minimere risikoen for toksisitet og sykelighet. Studier har vist at VMAT kan levere strålebehandling med tilsvarende eller bedre OAR sparing enn IMRT [8,17].
Ryggmargen ble gitt høyeste prioritet for sparing blant årer, og D
max av ryggmargen har normalt vært begrenset til 45 Gy ved NCCN retningslinjer. Imidlertid har nylig publiserte rapporter antydet en D
max for ryggmargen som er 40 Gy når RT er kombinert med kjemoterapi [18-19]. Dette målet ble møtt av 2A, 3A og c-IMRT planer, mens D
maks av ryggmargen i 1A VMAT planen var litt høyere enn 40 Gy: altså, 1A VMAT plan kan ikke være egnet for kjemoradioterapi av EF når det gjelder å beskytte ryggmargen.
lunge er en annen viktig OAR som bør vurderes under behandling planlegging. Våre data viser at dose begrensninger av lungene ble tilfredsstilt av alle fire planer. Videre, sammenlignet med c-imrt plan, 2A og 3A VMAT planer i betydelig grad redusert lungevolum som ble bestrålt med en moderat dose. Dermed 2A og 3A VMAT planer har potensial til å redusere forekomsten av stråling lungebetennelse. Imidlertid, selv om volumet av lungene som ble bestrålt med en moderat dose (20 Gy eller 30 Gy) ble redusert ved bruk av VMAT, en større lungevolum fikk en lav dose (≤13 Gy) bestråling, noe som kan svekke den kjente fordel. Det er uklart i hvilken grad dette hensynet kan påvirke den totale forekomsten av stråling lungebetennelse. En studie av Wang et al. [20-21] fant at V
5 var den eneste viktig faktor i forbindelse med behandlingsrelaterte lungebetennelse. En nylig studie utført av MD Anderson viste at når V
5 av lungene var begrenset til 65%, er risikoen for stråle pneumonitt var 24% for klasse 2 og 12% for klasse 3, og den relaterte dødeligheten var 1%. Således ble det anbefalt at V
5 begrenses til innenfor 65% [22]. I denne studien, observerte vi bare en lett økning i V
5 (1A 48,0, 2A 48,1, 3A 48,1 og 5F 47,3), V
10 (1A 41,5, 2A 41.4, 3A 41,5 og 5F 39.6) og V
13 (1A 35,9, 2A 35,3, 3A 35,5 og 5F 32.8) ved hjelp av VMAT planer. Enda viktigere, V
5 i alle planene var langt under 65%. Dermed øker lavdose bestråling av lungene ved hjelp VMAT bør ikke gå på akkord med fordel denne planen har i sparing årer. For hjertet, reduksjon utviklingen av hjerte parametere (V
30 V
40 og V
50) var lik mellom 2A-VMAT og c-IMRT, og ingen forskjell i D
bety eller V
20 ble funnet mellom VMAT og c-IMRT.
Våre resultater viste også at antall Mus nødvendig å bruke 1A (331 ± 18), 2A (345 ± 16) og 3A (347 ± 14) planer ble redusert med 50%, 48% og 48% i forhold til antall mus som kreves for c-imrt plan (663 ± 71), som var i overensstemmelse med resultatene av en studie av Clivio [20]. Den betydelige økningen i antall Mus kreves i IMRT plan har blitt en økende bekymring. En økning i antall mus kan øke uønsket bestråling av normale vev via den spredte dose, fører til økt risiko for sekundære kreftformer etter behandling [21]. I motsetning til dette krever VMAT plan mange færre MUS fordi dette plan blir utført samtidig med gantry rotasjon og en dynamisk MLC tilpasning til mål-volum, i stedet for det glidende vindu teknikk som brukes i c-imrt. Således kan anvendelse av VMAT potensielt redusere sekundær cancer etter strålebehandling.
Endelig VMAT har også en raskere levering enn c-imrt. I vår studie, TTS for 1A (62 ± 1 sek) og 2A (149 ± 1 sek) planer ble redusert med 67% og 21%, henholdsvis i forhold til c-IMRT plan (189 ± 15 sek) selv om TT plan 3A (239 ± 1 sek) ble økt med 26%. Disse resultatene var i samsvar med de fra en studie om brøk bestråling av malignt gliom der VMAT var 3,3 ganger så raskt som IMRT [23]. Dermed blir kortere behandlingstid og færre mus som er nødvendig for VMAT plan sammenlignet med c-IMRT plan kan føre til VMAT planen bli et viktig verktøy i bildestyrt strålebehandling og hyper-fraksjonert akselerert strålebehandling [24].
En fersk studie [25] viser at ved hjelp VMAT (to buer) for pasienter med øvre esophageal carcinoma, reduserer leveringstiden og dosen til lungene sammenlignet med IMRT. Vår studie konklusjon på dette punktet er lik. Videre sammenlignet vi VMAT planer med forskjellig antall buer, og funnet ut at VMAT med to buer er et godt utvalg av strålebehandling teknikker for øvre esophageal carcinoma.
I konklusjonen, 2A-VMAT plan ut til overs lungene fra moderat dose bestråling mer enn noen av de andre planer, på bekostning av å øke volumet av lav-dose bestråling, og også betydelig redusert antall nødvendige Mus og TT enn de av c-imrt plan. Dosen overensstemmelsen PTVs og årer ble forbedret når buen nummeret til VMAT planen ble økt fra en til to; Det ble imidlertid ikke lenger signifikant forbedring observert ved hjelp av 3A-VMAT plan, bortsett fra en øket TT.
