Efficient and Effective Personalization of PTV Margins During Radiation Therapy for Bladder Cancer

Publication date: Available online 20 September 2018

Source: Journal of Medical Imaging and Radiation Sciences

Author(s): Susan Chen, Vickie Kong, Tim Craig, Peter Chung, Tara Rosewall

Abstract

Introduction

The magnitude of bladder filling variation during bladder cancer radiation therapy varies considerably between patients. Population-based approaches for planning target volume (PTV) margin calculation may be suboptimal for this disease site, and a strategy for personalizing PTV margins for each patient may be particularly beneficial. The purpose of this study was to identify the optimal number and sampling pattern of cone beam CT image data sets that are required when generating personalized PTV margins for whole bladder (WB) and partial bladder (PB) radiation therapy.

Methods and Materials

Personalized PTV margins were generated for 24 bladder cancer patients (15 WB and 9 PB) using nine experimental strategies that varied in the number and pattern of images incorporated into the margin generation process. These PTVs were compared to the standard-of-care (SoC) PTV at our institution (15 daily fractions included) using PTV volume (cohort-based and individual patient ranking), superior and posterior expansion, and clinical target volume (CTV) coverage.

Results

For WB CTV, strategies ES4 (first five fractions), ES7 (every other fraction), and ES8 (first 10 fractions), provided CTV coverage equivalent to, or better than the SoC (first 15 fractions). Of these three strategies, ES4 resulted in the smallest superior and posterior borders, the smallest volume and the lowest intrapatient volume ranking, all achieved with the smallest number of fractions. For the PB CTV, strategies ES4 (first five fractions), ES7 (every other fraction), ES8 (first 10 fractions), and ES9 (last 10 fractions), provided CTV coverage equivalent to, or better than SoC (first 15 fractions). There were no statistically significant differences in the superior and posterior borders between these strategies, but ES4 resulted in the smallest volume and the lowest intrapatient volume ranking, all achieved with the smallest number of fractions.

Conclusions

This study suggests that using contours from images taken during the first five daily fractions generated a personalized "patient-specific" PTV that provided CTV coverage equivalent to the 15-fraction SoC but decreased the irradiated volume, reduced delineation workload, and reduced the superior and posterior borders for WB. It is now the SoC for whole and PB radiation therapy at our institution.

Résumé

Introduction

L'importance de la variation de la réplétion vésicale pendant une radiothérapie du cancer de la vessie varie considérablement d'un patient à l'autre. Lorsqu'il s'agit de déterminer les marges du volume cible prévisionnel (PTV), les approches basées sur la population ne conviennent pas toujours au siège de cette maladie. Ainsi, une stratégie qui permettrait d'adapter les marges du PTV à chaque patient pourrait être avantageuse. Cette étude a pour but de déterminer le nombre d'ensembles d'images de tomographie volumétrique à faisceau conique (CBCT) et la fréquence d'échantillonnage requis pour obtenir des marges de PTV personnalisées pour une radiothérapie de la vessie entière ou partielle.

Méthodologie et matériaux

Nous avons déterminé des marges de PTV personnalisées pour 24 patients atteints du cancer de la vessie (15 pour la vessie entière et 9 pour la vessie partielle) en employant neuf stratégies expérimentales qui variaient par leur nombre et par le profil d'images intégrés au processus de définition des marges. Nous avons comparé ces PTVs à celui de la norme de soins de notre établissement (inclusion de 15 fractions quotidiennes) en utilisant le PTV (fondé sur la cohorte et le rang de chaque patient), l'expansion supérieure et postérieure ainsi que la couverture du volume cible anatomoclinique (CTV).

Résultats

En ce qui concerne le CTV pour la vessie entière, les stratégies ES4 (les cinq premières fractions), ES7 (toutes les deux fractions) et ES8 (les 10 premières fractions) ont fourni une couverture du CTV équivalente ou supérieure à celle de la norme de soins (les 15 premières fractions). Parmi ces trois stratégies, la stratégie ES4 est celle qui fournissait les bordures supérieures et postérieures les plus étroites, le volume le plus faible et le rang du volume intra-patient le moins élevé; tous ces résultats ont été obtenus au moyen du nombre de fractions le plus faible. Pour ce qui est du CTV pour la vessie partielle, les stratégies ES4 (les cinq premières fractions), ES7 (toutes les deux fractions), ES8 (les 10 premières fractions) et ES9 (les 10 dernières fractions) ont fourni une couverture de CTV équivalente ou supérieure à celle de la norme de soins (les 15 premières fractions). Nous n'avons observé aucun écart statistiquement significatif quant aux bordures supérieures et postérieures obtenues à l'aide de ces stratégies. Toutefois, la stratégie ES4 nous a permis d'obtenir le volume le plus faible et le rang du volume intra-patient le moins élevé, et ce, en utilisant le nombre le moins élevé de fractions.

Conclusion

Cette étude laisse entrevoir qu'en utilisant les contours d'images prises au cours des cinq premières fractions quotidiennes, on peut produire des PTV adaptés aux patients offrant une couverture du CTV équivalente à celle de la norme de soins de 15 fractions, et ce, tout en réduisant le volume irradié, la charge de travail liée à la délimitation de la zone à traiter, ainsi que les bordures supérieures et postérieures dans le cas des radiothérapies de la vessie entière. Il s'agit maintenant de la norme de soins en matière de radiothérapie de la vessie entière ou partielle au sein de notre établissement.

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