Abstract
Bakgrunn
Ingen utvalgskriterier for spiral TomoTherapy (HT) basert stereo ablativ strålebehandling (sabr) for å behandle tidlig stadium ikke-småcellet lungekreft (NSCLC) eller solitære lungemetastaser er etablert. I denne studien undersøker vi de dosimetriske utvalgskriteriene for HT basert sabr levere 70 Gy i 10 fraksjoner for å unngå alvorlig toksisitet i behandlingen av sentralt beliggende lesjoner når tilstrekkelig måldose dekning er ønsket.
Materialer og metoder
78 HT-sabr planer for ensomme lungelesjoner ble opprettet for å foreskrive 70 Gy i 10 fraksjoner til planlegging målvolum (PTV). PTV ble satt til å ha ≥95% PTV motta 70 Gy i hvert enkelt tilfelle. Sakene som dosebegrensninger for ≥1 OAR kunne ikke oppfylles uten at det går dekning målet dose ble sammenlignet med saker der alle mål og OAR dosebegrensninger var oppfylt.
Resultater
Det var 23 sentrale lesjoner som OAR dosebegrensninger kan ikke være oppfylt uten at det går dose dekning PTV. Sammenlignet med saker som optimale HT-baserte sabr planene ble generert, ble de forbundet med større tumorstørrelse (5,72 ± 1,96 cm vs. 3,74 ± 1,49 cm,
p
0,0001), økt lunge dose, økt antall umiddelbar nærhet årer (3,45 ± 1,34 vs. 1,66 ± 0,81,
p
0,0001), og kortere avstand til nærmeste årene (GTV: 0,26 ± 0,22 cm vs. 0,88 ± 0,54 cm,
p
0,0001, PTV 0,19 ± 0,18 cm vs. 0,48 ± 0,36 cm,
p
= 0,0001)
Konklusjon
Levering av 70 Gy i. 10 fraksjoner med HT for å møte all den gitte OAR og PTV dosebegrensninger er mest sannsynlig når følgende parametere er oppfylt: lungelesjoner ≤3.78 cm (11.98 cc), ≤2 umiddelbart tilstøtende årer som er ≥0.45 cm fra brutto lesjon og ≥ 0,21 cm fra PTV
Citation:. Chi A, Liao Z, Nguyen NP, Xu J, Welsh JS, Jang SY, et al. (2012) Måle Utvalg for Helical Tomotherapy Basert Stereo ablativ Strålebehandling for tidlig stadium ikke-småcellet lungekreft eller lungemetastaser. PLoS ONE 7 (4): e35809. doi: 10,1371 /journal.pone.0035809
Redaktør: Nils Cordes, Dresden teknologiske universitet, Tyskland
mottatt: 1 februar 2012; Godkjent: 22 mars 2012; Publisert: 25 april 2012
Copyright: © 2012 Chi 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
Finansiering:. Forfatterne har ingen støtte eller finansiering for å rapportere
Konkurrerende interesser:. forfatterne har lest journalen politikk og har følgende konflikter: JX er ansatt i Westat-et ansatteid Research Corporation. Det finnes ingen patenter, produkter under utvikling eller markedsført produkter å erklære. Dette endrer ikke forfatternes tilslutning til alle PLoS ONE politikk på deling av data og materialer, som beskrevet på nettet i veiledningen for forfattere ..
Innledning
Vinkel Tomotherapy (HT) er en teknologi som leverer viftestråleintensitet-modulert strålebehandling (IMRT) under høyspenningsutstyr computertomografi (MVCT) veiledning med kontinuerlig og synkron portal rotasjon og sofaen bevegelse under stråle levering [1]. Bildestyrt imrt levert gjennom HT er blitt vist å være i stand til å generere svært konformt dosefordeling på ulike anatomiske områder, siden dens kliniske tilpasning [2]. Når sammenlignet med andre teknikker for stråling levering, slik som tredimensjonal konformt strålebehandling (3D-CRT) og konvensjonelle linac basert imrt, kan den generere overlegen normalt vev som skåner ønsket dose homogenitet slik det er vist i noen studier [3] – [5]. Derfor kan det tilveiebringe en dosimetrisk fordel i sparsom av kritiske organer i fare (årer) i kompliserte tilfeller, for eksempel levering av stereotaktisk ablative strålebehandling (sabr) ved behandling av sentralt beliggende tidlig stadium ikke-småcellet lungekreft (NSCLC ) eller solitære lungemetastaser fra andre primærvalg på grunn av sin evne til å generere svært konforme dose unngåelse av årene. Dette er av avgjørende klinisk betydning i å unngå alvorlige toksisitet forbundet med sabr (også kalt stereo kroppen strålebehandling, SBRT), fordi slike toksisitet er for det meste forbundet med sentral beliggenhet og nærhet til viktige strukturer i thorax [6] – [10 ].
Vi har tidligere demonstrert muligheten for HT-baserte sabr for behandling av sentralt beliggende lungelesjoner [11]. Imidlertid ble ingen retningslinjer for valg av optimale kandidater for denne prosedyren funnet etter en systematisk og omfattende litteratursøk på sabr gjennom PubMed og Google Scholar søkemotorer. Dette fikk oss til å undersøke dosimetriske utvalgskriteriene for HT-baserte sabr hos pasienter med enslig tidlig stadium NSCLC eller metastatisk lungesvulster ved hjelp av den vanligste dosen fraksjone planen brukes i vår institusjon, 7 Gy × 10 fraksjoner, som vi valgte på grunn av tidligere rapportert utmerket lokal kontroll (mer enn 90%) og minimal toksisitet forbundet med dette regimet selv for store tumorer [12]. En minimal biologisk effektiv dose av 100 Gy
10 eller høyere er nødvendig for optimal lokal kontroll [13]. SENGEN tilsvarer dette fraksjone planen er 119 Gy
10. Denne studien vil gi foreløpige retningslinjer i valg av sentralt tidlig stadium NSCLC og solitære lungemetastaser for å utforme fremtidige prospektive kliniske studier på HT-baserte sabr i thorax.
Materialer og metoder
Pasient og tumor egenskaper
Denne studien har blitt godkjent av Institutional Review borad (IRB) ved University of Arizona. Siden ingen faktiske mennesker var involvert, ble det ikke informert samtykke nødvendig per IRB. Totalt sytti åtte pasienter som gjennomgikk strålebehandling for stadium I-II NSCLC, har isolerte tilbakefall fra en lunge primær eller metastaser til lungene fra andre primærvalg i avdelingen for stråleterapi onkologi ved University of Arizona 2005-2011 vært inkludert I denne studien. Vi hentet den forrige planlegging CT for hver pasient å skissere brutto svulst. Blant dem var 58 sentralt beliggende lesjoner identifisert. Sentralt sted er definert som det område innen 2 cm fra den proksimale bronkialtreet, som omfatter det nedre luftrøret, carina, mainstem bronkiene, og de Lobar bronkiene. De kritiske strukturer er spiserør, hjerte, ryggmargen, store blodkar, den distale luftrøret, og den proksimale bronkialtreet i de fleste av tilfellene. Sjelden, den plexus brachialis, og magen var også i nærheten av brutto sykdommen.
Target volum avgrensning og SBRT behandling planlegging
All målet avgrensing ble utført i Pinnacle behandling planlegging (Philips Medical Systems, Bothell, WA). Etterpå ble hver pasient planlegging CT scan og konturene overført til Helical Tomotherapy planleggingssystem (Tomotherapy Inc.) for behandling planlegging. Planleggingen målvolum (PTV) var klinisk målvolum (CTV) med en utvidelse 5 mm for å ta høyde for å sette opp feil og resttumor bevegelse. CTV tilsvarer brutto tumor volum (GTV) og dets umiddelbart tilstøtende områder som oppleves å ha høy risiko for mikroskopisk sykdom forlengelse. Lungene, spiserør, ryggmarg og hjerte ble formet for hver pasient. De store skip, større luftveier og andre tilleggs strukturer ble profilert bare når de var ved siden av GTV.
Behandling planene ble generert i Tomotherapy Hi-Art planleggingssystem med 6 MV fotoner levert uten en utflating filter. En binær multi-leaf collimator (MLC) med et blad bredde som prosjekter til en 6,25 mm bredde på isomidtpunktet som er 85 cm unna røntgenfotonet kilde. I planene ble langsgående åpningsstørrelser på 1,05 cm eller 2,5 cm, og tonehøyde på 0,3 brukt. Den nominelle doserate på isomidtpunktet var 870 cGy /min (SAD). En modulering av faktor 3 ble innstilt ved begynnelsen av optimaliseringsprosessen. Alle SBRT planer foreskrevet 70 Gy leveres i 10 daglige fraksjoner til PTV med heterogenitet korreksjoner ved hjelp av super-konvolusjon algoritme.
Alle planer ble optimalisert for å ha minst 95% av PTV motta 100% av resept dose , som er i samsvar med det amerikanske samfunnet av terapeutisk stråling (Astro) «s stortingsmeldingen [14]. Dosevolumet begrensningene som brukes ved vår institusjon er vist i tabell 1, som er beskrevet mer detaljert i vår tidligere publikasjon [11]. Disse parameterne (10 fraksjoner) nærmer seg sådanne anvendes i de RTOG 0236 (3 fraksjoner) [15] i deres biologisk ekvivalent isodose virkning, som ble beregnet med den lineære kvadratiske formulism ved hjelp av en α /β forhold på 3. En α /β forhold på 2 og sannsynligheten for intrafractional pasientbevegelse ble også tatt i betraktning når du utlede en rimelig dose begrensning for ryggmargen. Maksimal punktdosebegrensninger ble brukt som i tråd med de som brukes i RTOG 0236, fordi de fleste av de andre enn lungene thorax årene var serie strukturer, alvorlig skade på selv et lite punkt kan være katastrofale som det rapportert av Onimaru
et al product: [9], [16]. Målvolum dekning tok prioritet over dosebegrensninger for årene i hvert tilfelle på grunn av bekymring for betydelig reduksjon i tumorkontroll sannsynlighet (TCP) når det er betydelige subvolumes av kalde flekker [17].
data~~POS=TRUNC analyse~~POS=HEADCOMP
størrelsen og plasseringen av GTV (og PTV); antallet av tilstøtende kritiske strukturer innen 2 cm fra kanten av GTV; og avstandene i GTV og PTV til hver av disse tilstøtende strukturer, henholdsvis, ble registrert for hver pasient. Disse parametrene, og dosene til PTV årer for pasienter som behandling planer møtte de gitte dosebegrensninger ble sammenlignet med de fra pasienter med behandling planene ikke møtt disse begrensningene ved hjelp av t-test.
Resultater
PTV dekning kriteriene ≥95% av PTV motta 70 Gy (% PTV
70 Gy) ble møtt av alle 78 behandlingsplaner. Blant dem, kan dosebegrensninger for årene ikke være alle fornøyde for å opprettholde tilstrekkelig PTV dekning for 23 sentralt lesjoner (Central
nei). Dosen som dekker 95% av PTV (D
95),% PTV
70 Gy, og maksimaldosen til PTV (PTV
max) for denne gruppen av lesjonene ble sammenlignet med for 35 sentrale (Central) og 20 perifere lesjoner (Peripheral) hvor de HT sabr planer møtt alle PTV og OAR dose parametere. Funnene er oppsummert i tabell 2. PTV
max var betydelig høyere, mens D
95 og% PTV
70 Gy var betydelig lavere i Central
ingen gruppe.
dose til lungene
dosen til lungene er hovedsakelig evaluert av dosen til det totale lunge (volum
venstre lunge + volum
høyre lunge-GTV). Det var ingen statistisk signifikant forskjell i volum av den totale lunge, ipsilaterale lunge, og det kontralaterale lunge blant de tre gruppene av lesjoner (
p
0,05). De vanlig anvendte parametere av gjennomsnittlig lunge dose (MLD), og volumet av den totale lunge mottaker 5 Gy, 10 Gy og 20 Gy (V
5, V
10, og V
20) er oppført i tabell 3. V
20 ble holdt på under 20% for alle tre typer av lesjoner. Den MLD for den totale lunge ser ut til å være høyere i Central
ingen gruppe. Men det var under MLD begrensning for de fleste tilfeller i denne gruppen.
MLD, V
5, V
10, og V
20 for ipsilaterale og kontralaterale lungene er også vist i tabell 3 for å utforske graden av kontralaterale lunge sparing i HT-baserte sabr. Alle tre typer av lesjoner ble funnet å ha signifikant lavere doser til den kontralaterale lungen sammenlignet med den til den ipsilaterale lungen (
p
0,0001). Verdt å nevne er at MLD og V
20 for ipsilaterale lunge er betydelig høyere for alle de sentrale lesjoner, og det kontralaterale lunge MLD og V
5 er funnet å være høyere i Central
ingen gruppe når sammenlignet med de to andre gruppene.
dose til de andre årene
den maksimale dosen mottatt av ryggmargen, spiserøret, hjertet, de store luftveiene, og de store skipene er oppsummert i Tabell 4. sentral~~POS=TRUNC
ingen gruppe ble funnet å ha betydelig høyere doser for alle årene i forhold til andre to grupper av lungelesjoner.
Faktorer som påvirker muligheten for HT-baserte SBRT
Et sett av tumorfaktorer ble undersøkt for å karakterisere lesjoner i sentral
ingen gruppe sammenlignet med de to andre grupper av lesjoner. Funnene er oppsummert i tabell 5. tumorstørrelse for sentral
ingen gruppe var betydelig større. Disse sentrale lesjoner, som HT-baserte sabr er ikke gjennomførbart, hadde mer enn 2 kritiske strukturer i umiddelbar nærhet til GTV. I tillegg var de betydelig nærmere den kritiske strukturer med en gjennomsnittlig OAR til GTV, og PTV avstander på 0,26 cm og 0,19 cm, respektivt. Median distribusjon av våre data tyder de mest ideelle kandidater for HT-baserte sabr bør ha GTV≤3. 78 cm eller 11.98 cc; PTV≤4.90 cm, eller 34,43 cc; ≤2 separate tilstøtende strukturer umiddelbart tilstøtende til GTV, minimum GTV til OAR avstand fra ≥0.45 cm, og den minimale PTV til OAR avstand fra ≥0.21 cm.
Hoveddelen av lesjonene var i venstre eller høyre øvre lobes av lungene for sentralt beliggende lesjoner og de perifere lesjoner. De ble besto av 68,42%, 47,82%, og 65% av Central, Central
nei, og perifere grupper av lesjoner (
p
0,05).
Diskusjoner
sabr eller SBRT har dukket opp til å bli en stor behandlingstilnærming for tidlig stadium NSCLC eller lungemetastaser med god lokal styring de siste årene [18], [19]. Imidlertid har alvorlige toksisitets følgende sabr vært forbundet med sentralt plasserte lesjoner, som er i umiddelbar nærhet til kritiske organer [7] – [10]. De rapporterte fatale komplikasjoner, for det meste klasse 5 hemoptysis, er vanligvis forbundet med en høy dose levert per fraksjon. Dette er antagelig på grunn av overdreven stråledose til de vanlige konstruksjoner (tabell 6) [7], [8], [10], [20] – [23]. Således blir klinikeren overfor et dilemma i denne situasjon: Senking stråledose eller kompromittere mål dekning kan være forbundet med høy risiko for lokale tilbakefall og død av tumorprogresjon; eller leverer en høy dose av stråling som kan føre til potensielt dødelige behandlingsrelatert toksisitet. Dette fikk oss til å søke etter en optimal dose fraksjonering tidsplan som kan sikkert levere en høy dose til svulsten samtidig som vi respekterer begrensningene til de omkringliggende normalt vev. I en tidligere studie demonstrerte vi at skrueformet TomoTherapy, på grunn av sin unike stråling levering tilnærming, kan være den ideelle imrt avleveringssystemet ved behandling av sentrale lesjoner med sabr på grunn av den skarpe dose gradient den genererer, spesielt for 7 Gy x 10 fraksjoner timeplanen [11]
i denne studien, vi videre karakterisere de fysiske og geometriske parametre av solitære lungelesjoner (sentral perifer). fra pasienter som tilstrekkelig mål- og åre dose parametere kan være fornøyd for HT-baserte sabr. De OAR dose begrensninger er på linje med de som brukes i RTOG fase II-studie (0236) på SBRT for perifer T1-2N0M0 NSCLC i form av isodose effekt gjennom den lineære kvadratisk formalisme. I RTOG 0236, ble bare 3,6% grad 4 SBRT relatert toksisitet og ingen klasse 5 toksisitet rapportert [15]. Ryggmargen dosen ble holdt lavere på grunn av bekymring for økt risiko for intrafractional bevegelse når levere sabr i kompliserte saker, som ofte tar lang tid. Imidlertid er en lav dose på ryggmargen lett oppnås i vår erfaring. I utfordrende saker, er vi villige til å akseptere en maksimal ryggmarg dose på 30 Gy, som fortsatt er akseptabelt basert på akseptert praksis for behandling av metastaser som forårsaker ryggmargskompresjon; og QUNTEC anbefalinger som tyder på at 21 Gy levert i 3 fraksjoner vil omregnet til 1% risiko for myelopati [24]. I tillegg sabr /SBRT behandlinger som leverer en midlere lineær kvadratisk 2 Gy ekvivalent dose (EQD
2) av 36,4 Gy (α /β av 2) som maksimumspunktet dose ble funnet å være sikker uten forekomst av myelopati, som også støtter vår praksis med å holde våre maksimumspunktet dose til litt 30 Gy når det lett kan oppnås [25]. I vår begrensede erfaring, har ingen toksisitet oppstått hos pasienter som ble behandlet med gjeldende sett med dosebegrensninger brukes (tabell 1).
Til vår beste kunnskap, er dette den første studien for å etablere et sett av foreløpige , men klinisk relevante dosimetriske retningslinjer for å hjelpe utvalg av sentralt beliggende lesjoner for HT-baserte sabr. Den 7 Gy × 10 brøkdel planen ble valgt hovedsakelig fordi bekymringene betydelig normalt vev toksisitet forbundet med fraksjoner tidsplaner av kortere varighet når sentralt lesjoner ble behandlet [7] – [10], [20] – [23]. I tillegg, er behandlingstiden for avgivelse av en høy dose vanligvis ganske lang for skrueformet TomoTherapy. Som et resultat, de fleste institusjonene vanligvis dele brøk doser ≥10 Gy i to påfølgende behandlinger av samme dose som før behandling MVCT satt opp verifisering før hver behandling på en daglig basis. Denne behandlingen tilnærmingen synes å være upraktisk og tidkrevende i en travel klinikken. Tvert imot, er det 10 fraksjonen plan ikke bare funnet å være assosiert med en utmerket toksisitetsprofil med bare ett tilfelle av grad 3 pneumonitt ut av 43 pasienter når forholdsvis store tumorer ble behandlet, men leverer også en fraksjonert dose som kan leveres i en behandling med skrueformet TomoTherapy [12]. Dermed ser denne planen å være et svært godt valg blant mange godt utprøvde behandlingsplaner når det gjelder behandling av sentrale lesjoner med spiral TomoTherapy. Resultatene tyder på at store, sentralt beliggende lesjoner som er i umiddelbar nærhet til flere årer er vanskelig å behandle uten dosering årene hvis optimal måldose dekning er ønsket. Disse lesjonene har en tendens til å være assosiert med signifikant mer heterogen dosefordeling i PTV, og mer dose scatter til den kontralaterale lunge (tabell 2 og 3). Større sentrale lesjoner vanligvis er nærmere de umiddelbart tilstøtende kritiske thorax strukturer enn sentrale lesjoner av en mindre størrelse. Dermed krever en skarpere dose gradient som blir generert mellom PTV kanten og i umiddelbar nærhet årer. Men de er ofte omgitt av et økt antall årer, noe som i stor grad begrenser inngangsvinkel for å få gratis inntasting bjelker, og dermed gjør tilstrekkelig dekker PTV uten innskudds en høy dose i umiddelbart tilstøtende strukturer umulige.
På grunn av begrensning på intensitetsmodule pålegges av økt antall årer forbundet med store sentrale lesjoner, kan HT-baserte sabr ikke være den mest optimale behandling teknikk hvis optimal target dekning er ønsket, selv om andre dose fraksjoneringsplaner er vurdert. Dette er dokumentert i en studie av Baisden
et al
bruker for det meste tre fraksjons tidsplaner av ulike doser, som måtte godta mindre optimal dekning måldose når en OAR er svært nær svulsten [26]. I slike situasjoner, en høy dose levert gjennom en mer langvarig kurs mens regnskap for svulst krymping kan være et godt alternativ til sabr. Imidlertid må dette undersøkes nærmere i fremtiden.
normal lunge dose ser ikke ut til å være en avgjørende faktor i muligheten for HT-baserte sabr. V
20 er godt under 20% for alle tilfeller. V
20 under 20%, ble tidligere vist å være forbundet med bare ett tilfelle av maksimal grad 3 pneumonitt (2,3%) i en kohort av pasientene som ble behandlet med 7 Gy x 10 fraksjoner til GTV [12]. Også, MLD for den totale lunge er godt under 14 Gy
3 i snitt i alle tilfeller, noe som setter dem i en lav risiko for alvorlige stråle pneumonitt, som vist i mange studier [19], [27]. Tvert imot virker det økte antallet årer i umiddelbar nærhet av svulsten mål å være den viktigste årsaken til suboptimal kritisk struktur sparsom hvis tilstrekkelig PTV dose dekning skal opprettholdes. Som et resultat, foreslår vi å bruke tumorstørrelse (både tumordiameter og volum), det antall separate kritiske strukturer i umiddelbar nærhet av tumoren, og avstandene mellom de nærmeste strukturene til GTV og PTV som et utgangspunkt i å velge pasienter til HT-baserte sabr.
Det er begrensninger i vår studie som må undersøkes nærmere. En av dem er tumor bevegelsesstyring. HT har tidligere blitt vist å være tilstrekkelig for behandling av bevegelige mål med en hypofractionated behandling med stråleterapi [28]. Tumor bevegelse kan løses med fire-dimensjonale (4D) CT for å ta høyde for intern svulst bevegelse gjennom hele luft syklus; mens satt opp feil kan reduseres ytterligere med HT-kompatible enheter immobilisering [29]. 4-D CT er vedtatt i vår institusjon siden 2009. Men dette er ikke den viktigste saken i vår studie, som bare trenger hypotetiske mål å gjennomføre etterforskningen. I tillegg kan langvarig behandling leveringstid på en kompleks behandling plan forbundet med HT delvis løst med nyere teknologi, for eksempel dynamiske kjever og dynamisk sofa som kommer med neste generasjon av HT systemer [30]. Vi erkjenner at det er andre dose fraksjoneringsplaner, som kan brukes ved behandling av sentralt beliggende lesjoner. Men som tabell 6 viser, dødelige komplikasjoner er mer sannsynlig til å skje med høye brøk doser, noe som fikk oss til å ta en konservativ tilnærming i dose fraksjone utvalg som bare er begrenset til tidsplaner for hvilke kliniske utfall og toksisitetsprofilen ble tidligere rapportert. Dette kan hjelpe klinikere i å utforme potensielle sabr forsøk behandling sentralt beliggende svulster i fremtiden.
I konklusjonen, møte OAR dosebegrensninger de med tilstrekkelige PTV måldose dekning kriterier er mest sannsynlig å være dyktig for lungelesjoner med følgende kjennetegn: GTV≤3.78 cm eller 11.98 cc; PTV≤4.90 cm, eller 34,43 cc; ≤2 separate tilstøtende strukturer i umiddelbar nærhet til GTV, og avstandene mellom GTV og PTV til årene av ≥0.45 cm, og ≥0.21 cm, henholdsvis når 7 Gy x 10 fraksjoner planen leveres med HT. Ettersom disse er bare foreløpige funn, vil de trenger for å bli ytterligere validert i en fase jeg prospektiv studie som evaluerte sabr for tidlige stadier NSCLC og /eller solitære lungemetastaser.
