Published February 2016 | Version v1
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Scanned ion beam therapy for prostate carcinoma. Comparison of single plan treatment and daily plan-adapted treatment

Creators

  • 1. University Clinic Erlangen and Friedrich- Alexander-University Erlangen-Nuernberg (FAU), Department of Radiation Oncology, Erlangen (Germany)
  • 2. GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH, Department of Biophysics, Darmstadt (Germany)
  • 3. INFN, Roma (Italy)
  • 4. Sapienza Universit'a di Roma, Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per Ingegneria, Roma (Italy)
  • 5. University Clinic Heidelberg, Heidelberg Ion-Beam Therapy Center (HIT) and Department of Radiation Oncology, Heidelberg (Germany)
  • 6. University Medical Center Giessen-Marburg, Department of Radiotherapy and Radiooncology, Marburg (Germany)
  • 7. University of Applied Sciences, Institute for Medical Physics and Radiation Protection, Giessen (Germany)
  • 8. Klinikum rechts der Isar, Technische Universitaet Muenchen (TUM), Department of Radiation Oncology, Munich (Germany)
  • 9. Technische Universitaet Darmstadt, Faculty of Physics, Darmstadt (Germany)
  • 10. University Hospital Erlangen, Radiation Oncology, Erlangen (Germany)

Description

Intensity-modulated particle therapy (IMPT) for tumors showing interfraction motion is a topic of current research. The purpose of this work is to compare three treatment strategies for IMPT to determine potential advantages and disadvantages of ion prostate cancer therapy. Simulations for three treatment strategies, conventional one-plan radiotherapy (ConvRT), image-guided radiotherapy (IGRT), and online adaptive radiotherapy (ART) were performed employing a dataset of 10 prostate cancer patients with six CT scans taken at one week intervals. The simulation results, using a geometric margin concept (7-2 mm) as well as patient-specific internal target volume definitions for IMPT were analyzed by target coverage and exposure of critical structures on single fraction dose distributions. All strategies led to clinically acceptable target coverage in patients exhibiting small prostate motion (mean displacement < 4 mm), but IGRT and especially ART led to significant sparing of the rectum. In 20 % of the patients, prostate motion exceeded 4 mm causing insufficient target coverage for ConvRT (V95mean = 0.86, range 0.63-0.99) and IGRT (V95mean = 0.91, range 0.68-1.00), while ART maintained acceptable target coverage. IMPT of prostate cancer demands consideration of rectal sparing and adaptive treatment replanning for patients exhibiting large prostate motion. (orig.)

Availability note (English)

Available from: http://dx.doi.org/10.1007/s00066-015-0925-0

Abstract (German)

Adaptive Therapieansaetze fuer sich interfraktionell bewegende Zielvolumina in der intensitaetsmodulierten Partikeltherapie (IMPT) befinden sich zurzeit in der Entwicklung. In dieser Arbeit werden drei Behandlungsstrategien auf moegliche Vor- und Nachteile in der IMPT des Prostatakarzinoms hin untersucht. Auf Basis eines anonymisierten Datensatzes aus 10 Patienten mit Prostatakarzinom wurden die drei Bestrahlungsstrategien, konventionelle Ein-Plan-Strahlentherapie (ConvRT), bildunterstuetzte Strahlentherapie (IGRT) und tagesaktuelle Strahlentherapie (adaptive radiotherapy,ART), simuliert. Jeder Datensatz besteht aus 6 Computertomogrammen (CT) in Planungsqualitaet, die jeweils im Abstand von einer Woche akquiriert wurden. Die Ergebnisse der Planungsstudie, die geometrische und patientenspezifische Definitionen der Zielvolumina in der IMPT vergleicht, wurden anhand der Zieldosis und der Dosisbelastung von Rektum, Hueftkoepfen und Blase beurteilt. Fuer Patienten mit kleiner Prostatabewegung (Mittelwert < 4 mm) fuehrten alle untersuchten Behandlungsstrategien zu einer klinisch akzeptablen Dosis im Zielvolumen; IGRT und ART konnten die Rektumdosis signifikant senken. Bei 20% der Patienten ueberstieg die Prostatabewegung 4 mm. Dies fuehrte zu unzureichender Dosisabdeckung des Zielvolumens fuer ConvRT (V95mean = 0,86; Spanne 0,63-0,99) und IGRT (V95mean = 0,91; Spanne 1,00-0,68), waehrend ART die volle Zieldosis erreichte. Schonung des Rektums ist eine der wichtigsten Gesichtspunkte in der IMPT des Prostatakarzinoms. Fuer Patienten mit grosser Prostatabewegung sollten zusaetzlich wirksame adaptive Strahlentherapieansaetze, wie beispielsweise eine taegliche Neuplanung, gewaehlt werden, um die Abdeckung des Zielvolumens zu gewaehrleisten. (orig.)

Additional details

Identifiers

DOI
10.1007/s00066-015-0925-0;

Publishing Information

Journal Title
Strahlentherapie und Onkologie
Journal Volume
192
Journal Issue
2
Journal Page Range
p. 118-126
ISSN
0179-7158
CODEN
STONE4

INIS

Country of Publication
Germany
Country of Input or Organization
Germany
INIS RN
47024288
Subject category
S62: RADIOLOGY AND NUCLEAR MEDICINE;
Descriptors DEI
CARCINOMAS; CRITICAL ORGANS; CT-GUIDED RADIOTHERAPY; EXTERNAL BEAM RADIATION THERAPY; FOCUSING; ION BEAMS; MOTION; PLANNING; PROSTATE; RADIATION DOSES; RECTUM; SPATIAL DOSE DISTRIBUTIONS; VOLUME
Descriptors DEC
BEAMS; BODY; DIGESTIVE SYSTEM; DISEASES; DOSES; GASTROINTESTINAL TRACT; GLANDS; INTESTINES; LARGE INTESTINE; MALE GENITALS; MEDICINE; NEOPLASMS; NUCLEAR MEDICINE; ORGANS; RADIATION DOSE DISTRIBUTIONS; RADIOLOGY; RADIOTHERAPY; THERAPY