Please use this identifier to cite or link to this item:
Title: Radiobiological models based evaluation of the consequences of potential systematic catheter shifts in the HDR brachytherapy of prostate cancer
Authors: Kefala, Vasiliki
Issue Date: 2010-03-31T08:06:07Z
Keywords: Prostate cancer
Radiobiological models
Modulation restriction
Keywords (translated): Καρκίνος του προστάτη
Ραδιοβιολογικά μοντέλα
Abstract: Τhe purpose of this study is to investigate and analyze the influence of the possible errors eventually occurring in a 3D-US based HDR Brachytherapy of prostate cancer on the quality of dose delivery. The influence of modulation restriction tool on the plan quality and sensitivity is also investigated. Materials: Twelve clinical implants for HDR Brachytherapy of prostate cancer have been selected out of the clinical routine. The range of the prostate volumes was 26-101 cm3. Due to the fact that the implanted needles are fixed on the template, the most probable error should be a systematic shift of the implanted catheters on the cranial-caudal direction caused by the movement of the patient relative to the template. The planning was done using HIPO which is implemented in the real time intraoperative planning system Oncentra Prostate (OcP). HIPO offers a unique modulation restriction option that limits the free modulation of dwell times. Firstly the reference plans, where no catheter shift has been simulated, the clinical with MR >0 and the theoretical with MR=0, for all 12 implants have been compared. Then for each of the 12 clinical implants, 10 systematic shifts of the implanted catheters in the range of [-5, +5] mm in step of 1mm were simulated. The influence of this systematic shift on DVH-, COIN, EI and radiobiological parameters of PTV and OARs is calculated and recorded. The analysis of the observed changes has been done firstly by addressing the quality of the implant. For this purpose the range of shift was estimated that the resulted 3D dose distributions keep fulfilling the clinical dosimetric protocol. Secondly, the focus was placed to the stability of the dose distribution. Here the range for the shift has been estimated which enables that the dosimetric, conformity and radiobiological parameters of the implant remain within ±5% or ±10% of the originally planned values. Results: The use of modulation restriction (MR>0) results in plans with more conformal dose distribution (COIN, EI) but slightly lower D90 and V100 , gEUD, EUD2,v and EUD2,s values. The quality analysis demonstrate that for the DVH based parameters values of prostate a maximal shift of ±1.0 mm can be tolerated, although in case of using the modulation restriction the sensitivity from the influence of the systematic shift is greater. Similar were the results for the DVH parameters for urethra, rectum and bladder. For the stability analysis in order to keep the dosimetric parameters within ±5% of the originally planned value for the prostate and OARs, a maximum shift of around ±0.5 mm can be tolerated and for the ±10% criterion this is -1.0/+0.5 mm. The same behavior applies for the radiobiological parameters. The analysis based on COIN considering only the target and also the OARs have shown a maximum shift range of ±1.5 mm. For the EI analysis this range is ±0.0 mm. For ±10% criterion this is ±2.5 mm and ±0.5 mm respectively. Conclusion: Our study has demonstrated that high modulated, high conformal Brachytherapy dose distributions for prostate HDR implants are sensitive to systematic catheter shift. The consequence of shift changes is not clear. We can generally speak about a required geometrical stability of the implant as high as ±1.0mm. Modulation restriction without improving this reduces significantly the total dwell time keeping the plan quality and increasing conformity (COIN, EI).
Abstract (translated): Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι να ερευνήσουμε και να αναλύσουμε την επιρροή που μπορεί να έχουν τα πιθανά λάθη που συμβαίνουν στην Υψηλού Ρυθμού Δόσης (HDR) Βραχυθεραπεία του καρκίνου του προστάτη, η οποία βασίζεται σε τρισδιάστατες εικόνες (3D) υπερήχου, στη ποιότητα εναπόθεσης δόσης. Επίσης διερευνάται η επίδραση του Modulation Restriction (MR) στην ποιότητα και ευαισθησία του πλάνου θεραπείας. Υλικά και Μέθοδοι: Επιλέχθηκαν 12 κλινικά εμφυτεύματα για την HDR Βραχυθεραπεία του καρκίνου του προστάτη από την κλινική ρουτίνα μας. Το εύρος του όγκου του προστάτη είναι 26-101 cm3. Επειδή οι βελόνες που εμφυτεύθηκαν στον προστάτη είναι σταθεροποιημένες πάνω στο template, το πιο πιθανό λάθος που μπορεί να συμβεί είναι η συστηματική μετατόπιση των εμφυτευμένων καθετήρων σε cranial – caudal (κρανιακή – ουραία ) διεύθυνση η οποία έχει προκληθεί από την κίνηση του ασθενούς σε σχέση με το template. Το πλάνο θεραπείας έγινε χρησιμοποιώντας την επιλογή HIPO του προγράμματος real time intraoperative planning system Oncentra Prostate (OcP). Το HIPO προσφέρει την δυνατότητα επιλογής του Modulation Restriction (MR) το οποίο περιορίζει την ελεύθερη διαμόρφωση των χρόνων παραμονής της πηγής στους καθετήρες. Στα αρχικά μας πλάνα θεραπείας (reference plans) δεν έχει γίνει προσομοίωση μετακίνησης του καθετήρα. Συγκρίνουμε τα κλινικά μας πλάνα (MR>0) και τα θεωρητικά μας (MR=0) και για τα 12 εμφυτεύματα. Στην συνέχεια για κάθε ένα από τα 12 εμφυτεύματα γίνεται η προσομοίωση 10 συστηματικών μετακινήσεων των εμφυτευμένων καθετήρων με εύρος [-5,+5]mm και με βήμα 1mm. Υπολογίζεται και καταγράφεται η επίδραση της συστηματικής μετακίνησης στα ιστογράμματα δόσης - όγκου (DVH), δείκτη συμμορφίας (conformity index- COIN), External Index (EI) και στις ραδιοβιολογικές παραμέτρους για τον όγκο στόχου (PTV) και των ευαίσθητων σε κίνδυνο οργάνων (OARs). Αρχικά η ανάλυση των παρατηρούμενων αλλαγών έχει γίνει σύμφωνα με την ποιότητα του εμφυτεύματος (quality analysis). Για αυτό τον λόγο το εύρος της μετακίνησης έχει υπολογιστεί έτσι ώστε τα αποτελέσματα από τις 3D κατανομές δόσεις να πληρούν το κλινικό δοσιμετρικό μας πρωτόκολλο. Στην συνέχεια εστιάσαμε στην σταθερότητα της κατανομής της δόσης (stability analysis). Σε αυτή την περίπτωση το εύρος μετακίνησης των καθετήρων έχει υπολογιστεί έτσι ώστε οι τιμές των DVH, COIN και ραδιοβιολογικών παραμέτρων των εμφυτευμάτων να παραμένουν μέσα στο ±5% ή στο ±10% των αρχικών πλάνων (reference). Αποτελέσματα: Χρησιμοποιώντας την επιλογή του Modulation Restriction (MR>0) προκύπτουν πλάνα με πιο ομοιόμορφη κατανομή της δόσης (COIN, EI) αλλά με ελαφρώς μικρότερες τιμές των D90, V100, gEUD, EUD2,v και EUD2,s. H “quality analysis” έδειξε ότι για τις δοσιμετρικές παραμέτρους του προστάτη η μέγιστη μετατόπιση που μπορούμε να έχουμε είναι ±1mm. Χρησιμοποιώντας την επιλογή του MR η μετατόπιση αυτή γίνεται ακόμα πιο ευαίσθητη. Παρόμοια ήταν τα αποτελέσματα μας για τις δοσιμετρικές παραμέτρους των OARs (ουρήθρα, κύστη και ορθό). Σύμφωνα με την “stability analysis” η μέγιστη μετατόπιση που μας επιτρέπεται έτσι ώστε να διατηρήσουμε τις τιμές των δοσιμετρικών παραμέτρων του προστάτη και των OARs μέσα στο ±5% της τιμής του αρχικού μας πλάνου είναι ±0.5mm ενώ για το ±10% το όριο αυτό είναι -1.0/+0.5 mm. Την ίδια συμπεριφορά παρατηρούμε και για τις ραδιοβιολογικές παραμέτρους. Η ανάλυση που βασίζεται στο COIN, συμπεριλαμβάνοντας αρχικά μόνο τον στόχο μας και στην συνέχεια και τα OARs έδειξε ότι η μέγιστη μετακίνηση μας έχει εύρος ±1.5mm . Για την ανάλυση που βασίζεται στο EI αυτό το εύρος είναι ±0.0 mm . Για το ±10% τα όρια είναι ±2.5mm και 0.5mm αντίστοιχα. Συμπεράσματα: Η μελέτη μας έδειξε ότι οι υψηλά διαμορφωμένες και οι υψηλά ομοιόμορφες κατανομές δόσης των εμφυτευμάτων της HDR βραχυθεραπείας του προστάτη είναι ευαίσθητες στις συστηματικές μετακινήσεις των καθετήρων. Οι συνέπειες από τις αλλαγές αυτών των μετακινήσεων δεν είναι ξεκάθαρες. Μπορούμε γενικά να μιλήσουμε για μια απαιτούμενη γεωμετρική σταθερότητα του εμφυτεύματος τόσο υψηλή όσο ±1.0mm. Η δυνατότητα επιλογής του MR χωρίς να βελτιώνει αυτό, μειώνει σημαντικά τον ολικό χρόνο παραμονής της πηγής στους καθετήρες διατηρώντας την ποιότητα του πλάνου θεραπείας και αυξάνοντας την ομοιομορφία στην κατανομή της δόσης (COIN, EI).
Appears in Collections:Τμήμα Ιατρικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
nemertes_Kefala.pdf3.35 MBAdobe PDFView/Open

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.