Cengiz Demirel

Integrated-boost IMRT or 3-D-CRT using FET-PET based auto-contoured target volume delineation for glioblastoma multiforme - a dosimetric comparison

BackgroundBiological brain tumor imaging using O-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tyrosine (FET)-PET combined with inverse treatment planning for locally restricted dose escalation in patients with glioblastoma multiforme seems to be a promising approach.The aim of this study was to compare inverse with forward treatment planning for an integrated boost dose application in patients suffering from a glioblastoma multiforme, while biological target volumes are based on FET-PET and MRI data sets.MethodsIn 16 glioblastoma patients an intensity-modulated radiotherapy technique comprising an integrated boost (IB-IMRT) and a 3-dimensional conventional radiotherapy (3D-CRT) technique were generated for dosimetric comparison. FET-PET, MRI and treatment planning CT (P-CT) were co-registrated. The integrated boost volume (PTV1) was auto-contoured using a cut-off tumor-to-brain ratio (TBR) of ≥ 1.6 from FET-PET. PTV2 delineation was MRI-based. The total dose was prescribed to 72 and 60 Gy for PTV1 and PTV2, using daily fractions of 2.4 and 2 Gy.ResultsAfter auto-contouring of PTV1 a marked target shape complexity had an impact on the dosimetric outcome. Patients with 3-4 PTV1 subvolumes vs. a single volume revealed a significant decrease in mean dose (67.7 vs. 70.6 Gy). From convex to complex shaped PTV1 mean doses decreased from 71.3 Gy to 67.7 Gy. The homogeneity and conformity for PTV1 and PTV2 was significantly improved with IB-IMRT. With the use of IB-IMRT the minimum dose within PTV1 (61.1 vs. 57.4 Gy) and PTV2 (51.4 vs. 40.9 Gy) increased significantly, and the mean EUD for PTV2 was improved (59.9 vs. 55.3 Gy, p < 0.01). The EUD for PTV1 was only slightly improved (68.3 vs. 67.3 Gy). The EUD for the brain was equal with both planning techniques.ConclusionIn the presented planning study the integrated boost concept based on inversely planned IB-IMRT is feasible. The FET-PET-based automatically contoured PTV1 can lead to very complex geometric configurations, limiting the achievable mean dose in the boost volume. With IB-IMRT a better homogeneity and conformity, compared to 3D-CRT, could be achieved.

Postoperative radiotherapy for prostate cancer : evaluation of target motion and treatment techniques (intensity-modulated versus conformal radiotherapy).

Purpose:To determine the extent of target motion in postprostatectomy radiotherapy (RT) and the value of intensity-modulated radiotherapy (IMRT) compared to three-dimensional conformal radiotherapy (3D-CRT).Patients and Methods:20 patients underwent CT scans in supine position with both a full bladder (FB) and an empty bladder (EB) before RT and at three dates during the RT series. Displacements of the CTV (clinical target volume) center of mass and the posterior border were determined. 3D-CRT and IMRT treatment plans were compared regarding homogeneity, conformity, and dose to organs at risk.Results:In the superior-inferior direction, larger displacements were found for EB compared to FB scans; anterior-posterior and right-left displacements were similar. With an initial rectum volume of < 115 cm3, 90% of displacements at the posterior border were within a margin of 6 mm. The non-target volume irradiated in the high-dose area doubled in 3D-CRT versus IMRT plans (80 cm3 vs. 38 cm3 encompassed by the 95% isodose). Bladder dose was significantly lower with IMRT, but no advantage was found for the integral rectal dose. An adequate bladder filling was paramount to reduce the dose to the bladder.Conclusion:Postprostatectomy RT can be recommended with FB due to an improved CTV position consistency and a lower dose to the bladder. With improved non-target tissue and bladder volume sparing, IMRT is an option for dose escalation. However, this analysis did not find an advantage concerning the integral rectal dose with IMRT versus 3D-CRT.Ziel:Bestimmung des Ausmaßes von Zielvolumenveränderungen bei postoperativer Radiotherapie (RT) des Prostatakarzinoms und der Bedeutung von intensitätsmodulierter (IMRT) im Vergleich zu dreidimensionaler konformaler Radiotherapie (3D-CRT).Patienten und Methodik:Bei 20 Patienten wurde eine CT-Untersuchung in Rückenlage mit jeweils voller Blase (FB) und leerer Blase (EB) vor der RT und dreimal während der RT-Serie durchgeführt. Verschiebungen des CTV-Schwerpunkts (klinisches Zielvolumen) sowie der dorsalen Grenze wurden bestimmt. 3D-CRT- und IMRT-Bestrahlungspläne wurden hinsichtlich der Homogenität, Konformität und Dosis im Bereich der Risikoorgane verglichen.Ergebnisse:In kraniokaudaler Richtung wurden größere Verschiebungen mit EB im Vergleich zur FB gefunden; ventrodorsale und Rechts-links-Verschiebungen waren ähnlich. Mit einem initialen Rektumvolumen von < 115 cm3 befanden sich 90% der Verschiebungen innerhalb eines dorsalen Sicherheitsabstands von 6 mm. Das nicht im Zielvolumen gelegene Volumen im Hochdosisbereich verdoppelte sich in den 3D-CRT- versus IMRT-Plänen (80 cm3 vs. 38 cm3 innerhalb der 95%-Isodose). Die Dosisbelastung der Blase war mit der IMRT-Technik signifikant geringer, während kein Unterschied für das Integral der Rektumbelastung gefunden wurde. Eine ausreichende Blasenfüllung war jedoch entscheidend, um die Blasendosis zu senken.Schlussfolgerung:Die postoperative RT beim Prostatakarzinom kann mit FB wegen der verbesserten Lagestabilität des CTV und einer geringeren Dosisbelastung der Blase empfohlen werden. Angesichts einer verbesserten Schonung der Blase und des nicht im Zielvolumen gelegenen Gewebes kann die IMRT-Technik für eine Dosiseskalation empfohlen werden. Jedoch konnte in dieser Analyse kein Vorteil bei der Dosisbelastung des Rektums gefunden werden.

Postoperative Radiotherapy for Prostate Cancer

Purpose:To determine the extent of target motion in postprostatectomy radiotherapy (RT) and the value of intensity-modulated radiotherapy (IMRT) compared to three-dimensional conformal radiotherapy (3D-CRT).Patients and Methods:20 patients underwent CT scans in supine position with both a full bladder (FB) and an empty bladder (EB) before RT and at three dates during the RT series. Displacements of the CTV (clinical target volume) center of mass and the posterior border were determined. 3D-CRT and IMRT treatment plans were compared regarding homogeneity, conformity, and dose to organs at risk.Results:In the superior-inferior direction, larger displacements were found for EB compared to FB scans; anterior-posterior and right-left displacements were similar. With an initial rectum volume of < 115 cm3, 90% of displacements at the posterior border were within a margin of 6 mm. The non-target volume irradiated in the high-dose area doubled in 3D-CRT versus IMRT plans (80 cm3 vs. 38 cm3 encompassed by the 95% isodose). Bladder dose was significantly lower with IMRT, but no advantage was found for the integral rectal dose. An adequate bladder filling was paramount to reduce the dose to the bladder.Conclusion:Postprostatectomy RT can be recommended with FB due to an improved CTV position consistency and a lower dose to the bladder. With improved non-target tissue and bladder volume sparing, IMRT is an option for dose escalation. However, this analysis did not find an advantage concerning the integral rectal dose with IMRT versus 3D-CRT.Ziel:Bestimmung des Ausmaßes von Zielvolumenveränderungen bei postoperativer Radiotherapie (RT) des Prostatakarzinoms und der Bedeutung von intensitätsmodulierter (IMRT) im Vergleich zu dreidimensionaler konformaler Radiotherapie (3D-CRT).Patienten und Methodik:Bei 20 Patienten wurde eine CT-Untersuchung in Rückenlage mit jeweils voller Blase (FB) und leerer Blase (EB) vor der RT und dreimal während der RT-Serie durchgeführt. Verschiebungen des CTV-Schwerpunkts (klinisches Zielvolumen) sowie der dorsalen Grenze wurden bestimmt. 3D-CRT- und IMRT-Bestrahlungspläne wurden hinsichtlich der Homogenität, Konformität und Dosis im Bereich der Risikoorgane verglichen.Ergebnisse:In kraniokaudaler Richtung wurden größere Verschiebungen mit EB im Vergleich zur FB gefunden; ventrodorsale und Rechts-links-Verschiebungen waren ähnlich. Mit einem initialen Rektumvolumen von < 115 cm3 befanden sich 90% der Verschiebungen innerhalb eines dorsalen Sicherheitsabstands von 6 mm. Das nicht im Zielvolumen gelegene Volumen im Hochdosisbereich verdoppelte sich in den 3D-CRT- versus IMRT-Plänen (80 cm3 vs. 38 cm3 innerhalb der 95%-Isodose). Die Dosisbelastung der Blase war mit der IMRT-Technik signifikant geringer, während kein Unterschied für das Integral der Rektumbelastung gefunden wurde. Eine ausreichende Blasenfüllung war jedoch entscheidend, um die Blasendosis zu senken.Schlussfolgerung:Die postoperative RT beim Prostatakarzinom kann mit FB wegen der verbesserten Lagestabilität des CTV und einer geringeren Dosisbelastung der Blase empfohlen werden. Angesichts einer verbesserten Schonung der Blase und des nicht im Zielvolumen gelegenen Gewebes kann die IMRT-Technik für eine Dosiseskalation empfohlen werden. Jedoch konnte in dieser Analyse kein Vorteil bei der Dosisbelastung des Rektums gefunden werden.

Dose-volume histogram evaluation of prone and supine patient position in external beam radiotherapy for cervical and endometrial cancer

BACKGROUND AND PURPOSE To evaluate the influence of patient positioning on dose-volume histograms of organs at risk in external beam radiotherapy for cervical and endometrial cancer. MATERIALS AND METHODS In 20 patients scheduled for definitive (7) or postoperative (13) external beam radiotherapy of the pelvis treatment planning CT scans were performed in supine and prone (belly board) positions. After volume definition of target and organs at risk treatment plans were calculated applying the four-field box technique. The dose-volume histograms of organs at risk were compared. RESULTS Radiotherapy in prone position causes a reduction of the bladder portion (mean 15%, p<0.001) and an increase of the rectum portion (mean 11%, p<0.001) within the 90% isodose. A reduction of the bowel portion could only be observed in postoperatively treated patients (mean 13%, p<0.001). In definitive radiotherapy the target volume increases in supine position (mean 7%, p=0.02) due to an anterior tumour/uterus movement, so that bowel portions within the 90% isodose are similar. The bladder filling correlates with a reduction of bladder and bowel (postoperatively treated patients) dose. CONCLUSIONS External beam radiotherapy of the pelvis should be performed in prone position in postoperative patients because of best bowel protection. Considering the additional HDR brachytherapy rectum protection takes the highest priority in definitive treatment-the requirements are best met in supine position. An adequate bladder filling is important to reduce the irradiated bladder and bowel volumes.

Contrast-enhanced color duplex sonography (CDS): an alternative for the evaluation of therapy-relevant tumor oxygenation?

Purpose:To evaluate the predictive value of radiotherapeutically relevant tumor hypoxia by contrast-enhanced color duplex sonography (CDS). The objectification was based on pO2 histography.Material and Methods:25 patients with metastatic neck lymph node from a primary squamous carcinoma of the head and neck were examined. To visualize as many vessels as possible, a contrast enhancer (Levovist®, Schering Corp., Germany) was administered. Horizontal and longitudinal sonographic scans with a thickness of 5 mm were performed on the metastatic neck lymph node. Color pixel density (CPD) was defined as the ratio of colored to gray pixels in a region of interest. It represents the extent of vascularization in the investigated slice. To assess the biological and clinical relevance of oxygenation measurement, the relative frequency of pO2 readings ≤ 2.5, 5.0, and 10.0 mmHg, as well as mean and median pO2, were documented.Results:In order to investigate the degree of linear association, the Pearson correlation coefficient was calculated. Moderate (|r| > 0.5) to high (|r| > 0.7) correlation was found between the CPD and the parameters of hypoxic fraction (pO2 readings with values ≤ 5.0 and 10.0 mmHg, as well as mean and median). There was only a slight correlation between CPD and the fraction of pO2 values ≤ 2.5 mmHg (r = –0.479).Conclusion:CPD represents the mean degree of vascularization. As a noninvasive measurement, this method seems feasible for evaluating the state of global oxygenation in superficial tumors. Nevertheless, this method is limited through its deficiency in describing the vascular heterogeneity of tumors.Ziel:Überprüfung des Vorhersagewerts der radiotherapeutisch relevanten Tumorhypoxie mittels kontrastangehobener, farbkodierter Duplexsonographie (CDS). Die Objektivierung basierte auf der invasiven Messung des Gewebe-pO2 mit Hilfe der pO2-Histographie.Material und Methodik:Untersucht wurden 25 Patienten mit metastatisch befallenen Halslymphknoten bei Plattenepithelkarzinom in der Kopf-Hals-Region. Um sonographisch möglichst viele Gefäße darzustellen, wurde ein Kontrastverstärker (Levovist®, Schering Deutschland GmbH) verwendet. Bei jedem metastatisch befallenen Halslymphknoten wurden horizontale und longitudinale sonographische Scans mit einer Dicke von 5 mm durchgeführt. Die Farbpixeldichte (CPD) spiegelt den Grad der Vaskularisation in den untersuchten Schichten wider. Sie definiert sich aus dem Verhältnis zwischen den farbigen und den grauen Pixeln. Als Grad für die biologische und klinische Relevanz der pO2-Messung wurden die relative Häufigkeit der pO2-Messwerte ≤ 2,5, 5,0 und 10,0 mmHg sowie der Mittelwert und der Median dokumentiert.Ergebnisse:Um den Grad des linearen Zusammenhangs zu ermitteln, wurde der Pearson-Korrelationskoeffizient berechnet. Es zeigte sich eine moderate (|r| > 0,5) bis hohe (|r| > 0,7) Korrelation zwischen der CPD und den verschiedenen Hypoxieparametern (pO2-Messwerte ≤ 5,0 und 10,0 mmHg sowie Mittelwert und Median der pO2-Messwerte). Es fand sich jedoch lediglich eine geringe Korrelation zwischen der CPD und der Fraktion von pO2-Messwerten ≤ 2,5 mmHg (r = –0,479).Schlussfolgerung:Die CPD repräsentiert den mittleren Grad der Vaskularisation. Als nichtinvasive Messung erscheint diese Methode geeignet für die Bestimmung des globalen Oxygenierungsstatus oberflächlicher Tumoren. Jedoch ist diese Methode durch ihr Defizit in der Beschreibung der Heterogenität der Tumorvaskularisation limitiert.