A Practical Radiotherapy Treatment Planning Technique for Second-Incidence Cancers That Incorporates Complete Organ-At-Risk Dose History

Publication date: Available online 24 December 2018

Source: Journal of Medical Imaging and Radiation Sciences

Author(s): Haley Clark, Fred Cao, Carson Leong, Eric Berthelet

Abstract

Introduction

Patients requiring treatment for second cancer incidences present unique radiotherapy plan development challenges. Historical dose delivered to organs at risk must be accounted for to properly estimate lifetime toxicity risks, but historical dose delivered to the region now occupied by tumours does not contribute to the prescription dose. Treatment planning systems permit inclusion of a base plan but do not provide the ability to manipulate it. We present a technique, dose cropping, which incorporates organ-at-risk dose history into the base plan while selectively excising dose history to diseased tissues now occupied by tumours. A retrospective plan comparison is performed to assess the effectiveness of dose cropping.

Methods and Materials

Nine patients who received a second course of radiotherapy for cancers of the head-and-neck were replanned using the proposed technique. Clinical second courses and replans were compared on the basis of conformity index, heterogeneity index, maximum point dose, tissue control probability (TCP), normal tissue complication probability (NTCP), and whether the planning guidelines could be met by the treatment planning system. Replan constraints and guidelines followed the clinical treatment. In addition, a tissue recovery model was incorporated, applied to both clinical and replan courses, and compared to estimate the relevance of the dose cropping technique in such regimes.

Results and Discussion

Replans had reduced organ-at-risk maximum point doses (5 Gy for spinal cord, 4 Gy for brainstem), NTCP (2.9% median reduction), and were able to more consistently achieve the V_95% > 98% coverage target regardless of the tissue recovery model. At the same time, replans using the dose cropping technique were statistically indistinguishable from clinical second courses on the basis of plan conformity, heterogeneity, or TCP (P > .31 in all cases).

Conclusions

Dosimetric history cropping is a valuable and widely applicable technique for second cancer radiotherapy planning. It also provides a natural means to incorporate tissue recovery models, biologically effective dose conversion, and NTCP and TCP model evaluation.

Résumé

Introduction

L'élaboration d'un plan de radiothérapie pour des patients qui doivent être traités pour un deuxième cancer peut comporter des difficultés uniques. Il faut notamment tenir compte des doses administrées antérieurement aux organes à risque pour estimer correctement les risques de toxicité à vie. Toutefois, la dose administrée précédemment à l'emplacement actuel des tumeurs ne contribue pas à la dose prescrite. Les systèmes de planification des traitements permettent d'inclure un plan de base, mais ils ne permettent pas de le manipuler. Nous présentons une technique, le « dose cropping » (ou « l'élagage de dose »), qui permet d'intégrer au plan de base l'historique de la dose administrée aux organes à risque tout en retirant de façon sélective l'historique de la dose administrée aux tissus atteints à l'emplacement actuel des tumeurs. Une comparaison rétrospective des plans a été réalisée afin d'évaluer l'efficacité de cette technique.

Méthodes et matériel

À l'aide de la technique proposée, nous avons recréé les plans de neuf patients ayant reçu une deuxième série de traitements de radiothérapie pour des cancers de la tête et du cou. Les deuxièmes séries de traitements cliniques et les nouveaux plans ont été comparés en fonction des aspects suivants: l'indice de conformité, l'indice d'hétérogénéité, le point de dose maximale, la probabilité de contrôle des tissus, la probabilité de complication aux tissus sains et la capacité du système de planification des traitements à respecter les lignes directrices. Les contraintes et les lignes directrices de la replanification suivaient le traitement clinique. De plus, un modèle de récupération cellulaire du tissu a été intégré au système, appliqué à la série de traitements clinique et à la replanification, puis comparé dans le but d'estimer la pertinence de la technique de « dose cropping » dans de tels régimes.

Résultats et discussion

La replanification a entraîné la diminution du point de la dose maximale pour les organes à risque (5 Gy pour la colonne vertébrale et 4 Gy pour le tronc cérébral), de la probabilité de complication aux tissus sains (une diminution de la médiane de 2,9%), et nous a permis d'atteindre plus fréquemment la cible de couverture de V95% > 98%, et ce, quel que soit le modèle de récupération employé. Par ailleurs, les nouveaux plans qui utilisaient la technique de « dose cropping » étaient identiques d'un point de vue statistiquement significatif aux deuxièmes séries de traitements cliniques pour ce qui est de la conformité du plan, de l'hétérogénéité et de la probabilité de contrôle des tissus (p>0,31 dans tous les cas).

Conclusion

Le « dose cropping » est une technique intéressante qui peut être appliquée facilement à la planification des traitements de radiothérapies d'un deuxième cancer. Elle fournit également une manière aisée de tenir compte des modèles de récupération du tissu, de la conversion de la dose efficace d'un point de vue biologique et de l'évaluation des modèles de la probabilité de complication aux tissus sains (NTCP) et de la probabilité de contrôle tumoral (TCP).

from #Head and Neck by Sfakianakis via simeraentaxei on Inoreader http://bit.ly/2EOLuYU