Evaluation of tumor motion effects on dose distribution for hypofractionated intensity‐modulated radiotherapy of non‐small‐cell lung cancer

Abstract

Respiration‐induced tumor motion during intensity‐modulated radiotherapy (IMRT) of non‐small‐cell lung cancer (NSCLC) could cause substantial differences between planned and delivered doses. While it has been shown that, for conventionally fractionated IMRT, motion effects average out over the course of many treatments, this might not be true for hypofractionated IMRT (IMHFRT). Numerical simulations were performed for nine NSCLC patients (11 tumors) to evaluate this problem. Dose distributions to the Clinical Target Volume (CTV) and Internal Target Volume (ITV) were retrospectively calculated using the previously‐calculated leaf motion files but with the addition of typical periodic motion (i.e. amplitude 0.36–1.26 cm, 3–8 sec period). A typical IMHFRT prescription of 20 Gy × 3 fractions was assumed. For the largest amplitude (1.26 cm), the average ± standard deviation of the ratio of simulated to planned mean dose, minimum dose, D95 and V95 were 0.98±0.01, 0.88±0.09, 0.94±0.05 and 0.94±0.07 for the CTV, and 0.99±0.01, 0.99±0.03, 0.98±0.02 and 1.00±0.01 for the ITV, respectively. There was minimal dependence on period or initial phase. For typical tumor geometries and respiratory amplitudes, changes in target coverage are minimal but can be significant for larger amplitudes, faster beam delivery, more highly‐modulated fields, and smaller field margins.PACS number: 87.55.dk

Radiothérapie conformationnelle avec modulation d’intensité dans les carcinomes bronchiques non à petites cellules

“…En radiothérapie classique utilisant des faisceaux homogènes, une marge de sécurité permet de compenser cet effet. Ce phénomène, dépendant fortement de l'amplitude respiratoire du patient [12], devient plus critique dans les cas de faisceaux modulés mais peut être en partie compensé par des méthodes d'asservissement respiratoire [13,14].…”

“…Cette étude théorique sur l'effet interplay a été par la suite complétée par d'autres simulations numériques [16] et évaluée expérimentalement à l'aide de fantômes mobiles simulant un mouvement de type respiratoire et de divers détecteurs (films EDR2 et EBT, chambre d'ionisation, matrice de diodes) [12,[16][17][18]. Seco et al se sont penchés sur l'impact en RCMI step and shoot, des segments de peu d'unités moniteur (UM) pour lesquels le temps de délivrance est de l'ordre de celui d'une période respiratoire (entre 3 et 5 s) [16].…”

“…Kang et al ont évalué les incertitudes dosimétriques pour des RCMI hypofractionnées (mode sliding window) à partir des simulations numériques faisant varier la période et l'amplitude du mouvement de la tumeur ainsi que la modulation du traitement [12]. Ils ont montré que l'amplitude du mouvement tumoral est le paramètre qui influe le plus sur la distribution de dose, comparativement à la période et à la phase initiale respiratoire.…”

“…Des simulations suggèrent que la couverture du volume cible n'est pas affectée par le mouvement des lames pour de faibles amplitudes de mouvement respiratoire, en condition d'hypofractionnement [12]. De plus larges amplitudes (1 cm et plus), des faisceaux très modulés, et des marges minimales ont potentiellement un effet délétère sur le risque d'échec local.…”

Automatic assessment of average diaphragm motion trajectory from 4DCT images through machine learning

“…Patient-specific motion can be taken into account to apply a suitable motion management method in treatment simulation, planning and delivery. A widely applied approach is to define internal tumor volume (ITV) based on the union of clinical tumor volume (CTV) in all phase CT images (Ehler et al 2009, Kang et al 2010, van Dam et al 2010) or the overlaid CTV in the maximum intensity projection (MIP) image (Underberg et al 2005, Muirhead et al 2008, Ehler et al , 2009). The CTV is often formed by adding a margin of 0–8 mm to the gross tumor volume.…”