Intensity-modulated proton therapy, volumetric-modulated arc therapy, and 3D conformal radiotherapy in anaplastic astrocytoma and glioblastoma. A dosimetric comparison
Creators
- 1. German Cancer Research Center (DKFZ), Clinical Cooperation Unit Radiation Oncology, Heidelberg (Germany)
- 2. University Hospital Heidelberg, Department of Radiation Oncology, Heidelberg (Germany)
- 3. Heidelberg Ion-Beam Therapy Center (HIT), Heidelberg (Germany)
- 4. Heidelberg Institute of Radiation Oncology (HIRO), Heidelberg (Germany)
- 5. Helmholtz Zentrum Muenchen, Institut fuer Innovative Radiotherapie (iRT), Department of Radiation Sciences (DRS), Neuherberg (Germany)
- 6. Technische Universitaet Muenchen, Department of Radiation Oncology, Muenchen (Germany)
Description
The prognosis for high-grade glioma (HGG) patients is poor; thus, treatment-related side effects need to be minimized to conserve quality of life and functionality. Advanced techniques such as proton radiation therapy (PRT) and volumetric-modulated arc therapy (VMAT) may potentially further reduce the frequency and severity of radiogenic impairment. We retrospectively assessed 12 HGG patients who had undergone postoperative intensity-modulated proton therapy (IMPT). VMAT and 3D conformal radiotherapy (3D-CRT) plans were generated and optimized for comparison after contouring crucial neuronal structures important for neurogenesis and neurocognitive function. Integral dose (ID), homogeneity index (HI), and inhomogeneity coefficient (IC) were calculated from dose statistics. Toxicity data were evaluated. Target volume coverage was comparable for all three modalities. Compared to 3D-CRT and VMAT, PRT showed statistically significant reductions (p < 0.05) in mean dose to whole brain (-20.2 %, -22.7 %); supratentorial (-14.2 %, -20,8 %) and infratentorial (-91.0 %, -77.0 %) regions; brainstem (-67.6 %, -28.1 %); pituitary gland (-52.9 %, -52.5 %); contralateral hippocampus (-98.9 %, -98.7 %); and contralateral subventricular zone (-62.7 %, -66.7 %, respectively). Fatigue (91.7 %), radiation dermatitis (75.0 %), focal alopecia (100.0 %), nausea (41.7 %), cephalgia (58.3 %), and transient cerebral edema (16.7 %) were the most common acute toxicities. Essential dose reduction while maintaining equal target volume coverage was observed using PRT, particularly in contralaterally located critical neuronal structures, areas of neurogenesis, and structures of neurocognitive functions. These findings were supported by preliminary clinical results confirming the safety and feasibility of PRT in HGG. (orig.)
Availability note (English)
Available from: http://dx.doi.org/10.1007/s00066-016-1007-7Abstract (German)
Die Prognose bei ''High-grade''-Gliomen (HGG) ist infaust. Gerade bei diesen Patienten sollten therapieassoziierte Nebenwirkungen minimiert werden, um die Lebensqualitaet und Funktionalitaet zu erhalten. Moderne Radiotherapietechniken, wie die Protonenradiotherapie (PRT) und die volumenmodulierte Arc-Therapie (VMAT), haben das Potential, die Dosisbelastung von Risikoorganen weiter zu reduzieren. 12 HGG-Patienten, die eine postoperative intensitaetsmodulierten Protonentherapie (IMPT) erhalten hatten, wurden retrospketiv bewertet. Zum Vergleich wurden VMAT- und 3D-konformale Radiotherapieplaene (3D-CRT) generiert, in denen die Dosisverteilung in wichtigen Arealen der Neurogenese und neurokognitiven Funktion bestimmt wurden. Anhand von Dosisstatistiken wurden die Integraldosis (ID), der Homogenitaetsindex (HI) und der Inhomogenitaetskoeffizient (IC) berechnet und die therapieassoziierte Toxizitaet bestimmt. Fuer alle drei Techniken war die Zielvolumenabdeckung vergleichbar gut. PRT reduzierte die Dmean im Vergleich zur 3D-CRT und VMAT im Ganzhirn (-20,2 %; -22,7 %), im supratentoriellen (-14,2 %; -20,8 %) und infratentoriellen Hirn (-91 %; -77,0 %), im Hirnstamm (-67,6 %; -28, %), in der Hypophyse (-52,9 %; -52,5 %), im kontralateralen Hippokampus (-98,9 %; -98,7 %) und in der kontralateralen subventrikulaeren Zone (-62,7 %; -66,7 %) signifikant (p < 0,05). Die haeufigsten akuten Nebenwirkungen waren Fatigue (91,7 %), radiogene Dermatitis (75,0 %), fokale Alopezie (100,0 %), Nausea (41,7 %), Cephalgien (58,3 %) und voruebergehende zerebrale Oedeme (16,7 %). Durch die PRT konnte bei Aufrechterhaltung der Zielvolumenabdeckung eine signifikante Dosisreduktion insbesondere in kontralateralen kritischen neuronalen Strukturen sowie in essentiellen Arealen fuer die neurokognitiven Funktionen und Neurogenese beobachtet werden. Die vorlaeufigen klinischen Ergebnisse bestaetigen die sichere Durchfuehrbarkeit und Praktikabilitaet der PRT bei HGG. (orig.)Additional details
Identifiers
Publishing Information
- Journal Title
- Strahlentherapie und Onkologie
- Journal Volume
- 192
- Journal Issue
- 11
- Journal Page Range
- p. 770-779
- ISSN
- 0179-7158
- CODEN
- STONE4
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 48000174
- Subject category
- S62: RADIOLOGY AND NUCLEAR MEDICINE;
- Descriptors DEI
- ASTROCYTOMAS; BIOLOGICAL RADIATION EFFECTS; BRAIN; COMPUTERIZED TOMOGRAPHY; CRITICAL ORGANS; EXTERNAL BEAM RADIATION THERAPY; GLIOMAS; GY RANGE 10-100; NERVE CELLS; PROTON BEAMS; RADIATION DOSES; RADIATION PROTECTION; SIDE EFFECTS; STANDARD OF LIVING; SURGERY; THREE-DIMENSIONAL CALCULATIONS; VOLUME
- Descriptors DEC
- ABSORBED DOSE RANGE; ANIMAL CELLS; BEAMS; BIOLOGICAL EFFECTS; BODY; CENTRAL NERVOUS SYSTEM; DIAGNOSTIC TECHNIQUES; DISEASES; DOSES; GLIOMAS; GY RANGE; MEDICINE; NEOPLASMS; NERVOUS SYSTEM; NERVOUS SYSTEM DISEASES; NUCLEAR MEDICINE; NUCLEON BEAMS; ORGANS; PARTICLE BEAMS; RADIATION DOSE RANGES; RADIATION EFFECTS; RADIOLOGY; RADIOTHERAPY; SOMATIC CELLS; THERAPY; TOMOGRAPHY