Image-guided Intensity-Modulated Radiotherapy of Prostate Cancer: Analysis of Interfractional Errors and Acute Toxicity

Strahlenther Onkol. 2016 Feb;192(2):109-17. doi: 10.1007/s00066-015-0919-y. Epub 2015 Nov 6.

Abstract

Purpose: The aim of the study was to estimate interfractional deviations in patient and prostate position, the impact of the frequency of online verification on the treatment margins, and to assess acute radiation reactions of high-dose external beam image-guided intensity-modulated radiotherapy (IG-IMRT) of localized prostate cancer.

Patients and methods: IG-IMRT was performed by daily online verification of implanted fiducial prostate markers using a megavoltage electronic portal imaging device (EPID). A total of 1011 image-guided treatment fractions from 23 consecutive unselected prostate cancer patients were analyzed. The median total dose was 79.2 Gy (range 77.4-81.0 Gy). Acute radiation reactions were assessed weekly during radiotherapy using the Common Terminology Criteria for Adverse Events (CTCAE) v.4.03.

Results: A relevant combined patient set-up and prostate motion population random error of 4-5 mm was observed. Compared to daily IGRT, image guidance every other day required an expansion of the CTV-PTV (clinical target volume-planning target volume) margin of 8.1, 6.6, and 4.1 mm in the longitudinal, vertical, and lateral directions, thereby, increasing the PTV by approximately 30-40 %. No grade 3 or 4 acute radiation reactions were observed with daily IG-IMRT.

Conclusion: A high dose with surprisingly low acute toxicity can be applied with daily IG-IMRT using implanted fiducial prostate markers. Daily image guidance is clearly superior to image guidance every other fraction concerning adequate target coverage with minimal margins.

Ziel: Ziel der Studie war es, die interfraktionelle Variabilität der Patientenlagerung und Prostataposition, den Einfluss der Bildgebungsfrequenz und die akuten Strahlenreaktionen bei einer hochdosierten bildgesteuerten intensitätsmodulierten Strahlentherapie (IG-IMRT) des Prostatakarzinoms zu untersuchen.

Methoden: IG-IMRT wurde durch tägliche Verifikation von implantierten röntgendichten Prostatamarkern mittels Megavolt-Bildgebung (“electronic portal imaging device”, EPID) und anschließender Patientenrepositionierung vor Strahlentherapie erreicht. Insgesamt 1011 bildgesteuerte Fraktionen von 23 nacheinander behandelten, unselektierten Patienten wurden analysiert. Die mediane Gesamtbehandlungsdosis betrug 79,2 Gy (Spanne 77,4–81,0 Gy). Akutreaktionen wurden wöchentlich mittels der Common Terminology Criteria for Adverse Events (CTCAE) v.4.03 erfasst.

Ergebnisse: Der Zufallsfehler der Gesamtpopulation durch die Variabilität der Patientenlagerung und Prostataposition betrug 4–5 mm. Bildgesteuerte Strahlentherapie (IGRT) würde bei jeder zweiten Bestrahlungsfraktion im Vergleich zu täglicher IGRT eine Erweiterung des CTV(klinisches Zielvolumen)-PTV(Planungszielvolumen)-Sicherheitssaums von 8,1 mm, 6,6 mm und 4,1 mm in der longitudinalen, vertikalen und lateralen Ebene erfordern. Dies würde eine Vergrößerung des PTV von etwa 30–40 % bedeuten. Bei der IG-IMRT mit täglicher Bildgebung wurden in der vorliegenden Studie keine Grad-3- oder Grad-4-Akutreaktionen beobachtet.

Schlussfolgerung: Bei einer IG-IMRT mit täglicher Verifikation von Prostatamarkern kann eine hohe Dosis mit überraschend geringer Akuttoxizität appliziert werden. Im Hinblick auf adäquate Tumorerfassung mit geringstmöglichen Sicherheitssäumen ist die tägliche IGRT einer IGRT bei jeder zweiten Bestrahlungsfraktion deutlich überlegen.

Keywords: Fiducial markers; Image-guided radiotherapy; Intensity-modulated radiotherapy; Planning target volume; Prostate neoplasms.

MeSH terms

  • Adult
  • Aged
  • Algorithms
  • Dose Fractionation, Radiation*
  • Fiducial Markers
  • Humans
  • Magnetic Resonance Imaging / methods
  • Male
  • Middle Aged
  • Prostatic Neoplasms / radiotherapy*
  • Radiation Injuries / etiology*
  • Radiotherapy Dosage
  • Radiotherapy Planning, Computer-Assisted / methods*
  • Radiotherapy Setup Errors*
  • Radiotherapy, Image-Guided / methods*
  • Radiotherapy, Intensity-Modulated / methods*
  • Tomography, X-Ray Computed / methods