Target tailoring and proton beam therapy to reduce small bowel dose in cervical cancer radiotherapy : A comparison of benefits

Strahlenther Onkol. 2018 Mar;194(3):255-263. doi: 10.1007/s00066-017-1224-8. Epub 2017 Nov 3.

Abstract
in En , German

Purpose: The aim of the study was to investigate the potential clinical benefit from both target tailoring by excluding the tumour-free proximal part of the uterus during image-guided adaptive radiotherapy (IGART) and improved dose conformity based on intensity-modulated proton therapy (IMPT).

Methods: The study included planning CTs from 11 previously treated patients with cervical cancer with a >4-cm tumour-free part of the proximal uterus on diagnostic magnetic resonance imaging (MRI). IGART and robustly optimised IMPT plans were generated for both conventional target volumes and for MRI-based target tailoring (where the non-invaded proximal part of the uterus was excluded), yielding four treatment plans per patient. For each plan, the V15Gy, V30Gy, V45Gy and Dmean for bladder, sigmoid, rectum and bowel bag were compared, and the normal tissue complication probability (NTCP) for ≥grade 2 acute small bowel toxicity was calculated.

Results: Both IMPT and MRI-based target tailoring resulted in significant reductions in V15Gy, V30Gy, V45Gy and Dmean for bladder and small bowel. IMPT reduced the NTCP for small bowel toxicity from 25% to 18%; this was further reduced to 9% when combined with MRI-based target tailoring. In four of the 11 patients (36%), NTCP reductions of >10% were estimated by IMPT, and in six of the 11 patients (55%) when combined with MRI-based target tailoring. This >10% NTCP reduction was expected if the V45Gy for bowel bag was >275 cm3 and >200 cm3, respectively, during standard IGART alone.

Conclusions: In patients with cervical cancer, both proton therapy and MRI-based target tailoring lead to a significant reduction in the dose to surrounding organs at risk and small bowel toxicity.

Zielsetzung: In der vorliegenden Studie wurden die möglichen klinischen Vorteile einer Zielvolumenpräzisierung durch Ausschluss des tumorfreien proximalen Gebärmutteranteils bei der „image-guided adaptive radiotherapy“ (IGART) und einer verbesserten Dosiskonformität durch die intensitätsmodulierte Protonentherapie (IMPT) untersucht.

Methoden: Die Studie umfasste Planungscomputertomographien von 11 zuvor behandelten Zervixkarzinompatientinnen, die in der Magnetresonanztomographie (MRT) einen >4 cm großen tumorfreien proximalen Uterusanteil aufwiesen. Es wurden IGART- und robust optimierte IMPT-Pläne für herkömmliche Zielvolumina mit Erfassung des gesamten Uterus sowie MRT-basierte Zielvolumina unter Ausschluss des tumorfreien proximalen Uterusanteils erstellt. Daraus ergaben sich pro Patientin 4 Behandlungspläne. Für jeden Plan wurden V15Gy, V30Gy, V45Gy und Dmean für Harnblase, Sigmoid, Rektum und das Dünndarmkompartiment verglichen und die Komplikationswahrscheinlichkeit des Normalgewebes (NTCP) für Dünndarmakuttoxizitäten ≥Grad 2 berechnet.

Ergebnisse: Sowohl die IMPT als auch die MRT-basierte Zielvolumenpräzisierung führte zu einer signifikanten Reduktion von V15Gy, V30Gy, V45Gy und Dmean für Harnblase und Dünndarm. Die IMPT reduzierte die NTCP für Dünndarmtoxizität (≥Grad 2) von 25 auf 18 %. Diese ließ sich durch eine MRT-basierte Zielvolumenreduktion weiter auf 9 % vermindern. Eine NTCP-Reduktion von >10 % wurde durch IMPT bei 4 von 11 Patientinnen (36 %) und durch die Kombination von IMPT und MRT-basierter Zielvolumenpräzisierung bei 6 von 11 Patientinnen (55 %) erreicht. Diese mehr als 10 %ige NTCP-Reduktion war zu erzielen, wenn die V45Gy für das Darmkompartiment bei der Standardzielvolumendefinition >275 cm3 und bei der MRT-basierten Zielvolumendefinition >200 cm3 betrug.

Schlussfolgerung: Bei Zervixkarzinompatientinnen führen sowohl die IMPT als auch MRT-basierte Zielvolumenpräzisierungen unter Ausschluss der tumorfreien Uterusanteile zu einer signifikanten Dosisreduktion bei umliegenden Risikoorganen und im NTCP-Modell zu einer Verminderung der Dünndarmtoxizität.

Keywords: Cervical cancer; Normal tissue complication probability; Proton therapy; Radiotherapy; Toxicity.

MeSH terms

  • Adult
  • Chemoradiotherapy
  • Cisplatin / administration & dosage
  • Female
  • Humans
  • Intestine, Small / radiation effects
  • Magnetic Resonance Imaging
  • Middle Aged
  • Neoplasm Staging
  • Organs at Risk / radiation effects
  • Proton Therapy / methods*
  • Radiation Injuries / prevention & control*
  • Radiotherapy / methods*
  • Radiotherapy Dosage
  • Radiotherapy Planning, Computer-Assisted / methods*
  • Radiotherapy, Image-Guided / methods*
  • Radiotherapy, Intensity-Modulated / methods*
  • Tomography, X-Ray Computed
  • Uterine Cervical Neoplasms / diagnostic imaging
  • Uterine Cervical Neoplasms / pathology
  • Uterine Cervical Neoplasms / radiotherapy*

Substances

  • Cisplatin