Published May 2017 | Version v1
Journal article

Fully automated VMAT treatment planning for advanced-stage NSCLC patients

  • 1. Universita di Bologna, Scuola di Scienze, Alma Mater Studiorum, Bologna (Italy)
  • 2. Erasmus MC Cancer Institute, Department of Radiation Oncology, Rotterdam (Netherlands)
  • 3. Massachusetts General Hospital - Harvard Medical School, Department of Radiation Oncology, Boston, MA (United States)

Description

To develop a fully automated procedure for multicriterial volumetric modulated arc therapy (VMAT) treatment planning (autoVMAT) for stage III/IV non-small cell lung cancer (NSCLC) patients treated with curative intent. After configuring the developed autoVMAT system for NSCLC, autoVMAT plans were compared with manually generated clinically delivered intensity-modulated radiotherapy (IMRT) plans for 41 patients. AutoVMAT plans were also compared to manually generated VMAT plans in the absence of time pressure. For 16 patients with reduced planning target volume (PTV) dose prescription in the clinical IMRT plan (to avoid violation of organs at risk tolerances), the potential for dose escalation with autoVMAT was explored. Two physicians evaluated 35/41 autoVMAT plans (85%) as clinically acceptable. Compared to the manually generated IMRT plans, autoVMAT plans showed statistically significant improved PTV coverage (V95% increased by 1.1% ± 1.1%), higher dose conformity (R50 reduced by 12.2% ± 12.7%), and reduced mean lung, heart, and esophagus doses (reductions of 0.9 Gy ± 1.0 Gy, 1.5 Gy ± 1.8 Gy, 3.6 Gy ± 2.8 Gy, respectively, all p < 0.001). To render the six remaining autoVMAT plans clinically acceptable, a dosimetrist needed less than 10 min hands-on time for fine-tuning. AutoVMAT plans were also considered equivalent or better than manually optimized VMAT plans. For 6/16 patients, autoVMAT allowed tumor dose escalation of 5-10 Gy. Clinically deliverable, high-quality autoVMAT plans can be generated fully automatically for the vast majority of advanced-stage NSCLC patients. For a subset of patients, autoVMAT allowed for tumor dose escalation. (orig.)

Availability note (English)

Available from: http://dx.doi.org/10.1007/s00066-017-1121-1

Abstract (German)

Entwicklung einer vollautomatisierten, auf multiplen Kriterien basierenden volumenmodulierten Arc-Therapie-(VMAT-)Behandlungsplanung (autoVMAT) fuer kurativ behandelte Patienten mit nicht-kleinzelligem Bronchialkarzinom (NSCLC) im Stadium III/IV. Nach Konfiguration unseres autoVMAT-Systems fuer NSCLC wurde fuer 41 Patienten der autoVMAT-Plan mit dem manuell erzeugten, klinisch applizierten intensitaetsmodulierten Strahlentherapieplan (IMRT) verglichen. AutoVMAT-Plaene wurden ferner mit manuellen und ohne Zeitdruck erstellten VMAT-Plaenen verglichen. Fuer 16 Patienten mit reduzierter Dosisverordnung des Planungszielvolumens (PTV) im klinischen IMRT-Plan (zur Vermeidung einer Verletzung von Toleranzdosen fuer Risikoorgane) wurde das Potenzial fuer eine Dosiseskalation mit autoVMAT untersucht. Zwei Aerzte bewerteten 35 von 41 autoVMAT-Plaenen (85 %) als klinisch akzeptabel. Verglichen mit den manuell erzeugten IMRT-Plaenen zeigten autoVMAT-Plaene eine statistisch signifikant bessere PTV-Abdeckung (V95% erhoeht um 1,1 % ± 1,1 %), eine hoehere Dosiskonformitaet (R50 verringert um 12,2 % ± 12,7 %) und eine geringere durchschnittliche Dosis in Lunge, Herz und Oesophagus (verringert um je 0,9 Gy ± 1,0 Gy, 1,5 Gy ± 1,8 Gy, 3,6 Gy ± 2,8 Gy; alle p < 0,001). Um die restlichen 6 autoVMAT-Plaene aus klinischer Sicht akzeptabel zu machen, benoetigte ein Dosimetrist zur Feinabstimmung jeweils weniger als 10 min. AutoVMAT-Plaene wurden verglichen zu manuell optimierten VMAT-Plaenen als gleichwertig oder sogar besser erachtet. Fuer 6 von 16 Patienten ermoeglichte autoVMAT eine Dosiseskalation im Tumor um 5-10 Gy. Fuer die grosse Mehrheit von Patienten mit fortgeschrittenem NSCLC konnte ein klinisch applizierbarer, hochqualitativer autoVMAT-Plan vollautomatisch erstellt werden. Fuer eine Subgruppe ermoeglichte autoVMAT eine Dosiseskalation im Tumor. (orig.)

Additional details

Identifiers

Publishing Information

Journal Title
Strahlentherapie und Onkologie
Journal Volume
193
Journal Issue
5
Journal Page Range
p. 402-409
ISSN
0179-7158
CODEN
STONE4