Dosimetric evaluation of systematic source position uncertainty along the source path and robust planning during MRI-only cervical HDR brachytherapy.

چکیده اصلی

BACKGROUND: The knowledge of the dosimetric impact of systematic source position uncertainty and the use of a methodology for robust treatment planning against such uncertainty can help improve the quality of treatment plans, during MR-only cervical brachytherapy treatment. PURPOSE: To assess the dosimetric impact of systematic source position uncertainty along the source path and evaluate strategies to minimize it during MRI-only cervical high-dose-rate (HDR) brachytherapy treatment planning. METHODS: Treatment plans from 22 cervical cancer patients (FIGO stages IB2-IVA; 11 intracavitary brachytherapy (ICBT), 11 interstitial brachytherapy (ISBT)) were retrospectively analyzed. Positional uncertainty was modeled by systematically shifting the source position (± 1 to ± 5 mm with 0 mm as the reference position) within applicators along the source path in the original plans. Dosimetric parameters, HRCTV_D90 and D2cc for organs at risk (OARs), were computed for each source position. Statistical significance was assessed via paired t-test and Wilcoxon signed-rank test. Targeted plans exceeding dosimetric limits for OARs were re-optimized by modifying dwell times or gradients within 1 cm of the targeted OAR to improve the variability and overall OAR dosimetry. RESULTS: Significant dosimetric changes were observed for bladder, sigmoid (all shift positions; p ≤ 0.001) and rectum (1 to 5 mm; p ≤ 0.04) in ICBT, and for all OARs (all shift positions; p ≤ 0.003) in ISBT. HRCTV_D90 was significantly affected in ICBT from -2 to -5 mm (p ≤ 0.042) and at all shifts (p ≤ 0.033) except at -1 and -2 mm in ISBT. Within ± 5 mm shift range, the mean (maximum) drop in HRCTV_D90 and increase in OARs (bladder, bowel, rectum and sigmoid) D2cc were up to -2.0 ± 1.9(-5.4)% and (6.0 ± 3.4(13.6)%, 0.5 ± 2.5(5.5)%, 2.2 ± 2.7(7.4)% and 1.8 ± 1.2(4.2)%) for ICBT, and -6.2 ± 1.4(-11.9)% and (5.2 ± 4.6(17.2)%, 1.3 ± 0.9(3.0)%, 4.6 ± 2.5(7.6)% and 6.6 ± 3.6(13.8)%) for ISBT, respectively. Re-optimized plans showed improved robustness of dosimetry against source positional uncertainty for the targeted OAR with the same or better dosimetry for other OARs and HRCTV. The strategies to obtain this robustness were patient and applicator-type dependent. CONCLUSION: Systematic source position uncertainty significantly influences dosimetry in MRI-only cervical HDR brachytherapy. Adjusting dwell times and gradients near the targeted OAR could minimize this effect.

ترجمه فارسی چکیده

زمینه: دانستن تأثیر دوزیمتری عدم قطعیت موقعیت منبع سیستماتیک و استفاده از روشی برای برنامه‌ریزی درمان مقاوم در برابر چنین عدم قطعیت‌هایی می‌تواند کیفیت طرح‌های درمان را در براکی‌تراپی MRI فقط برای سرطان گردن رحم بهبود بخشد. هدف: ارزیابی تأثیر دوزیمتری عدم قطعیت موقعیت منبع سیستماتیک در طول مسیر منبع و ارزیابی استراتژی‌ها برای کاهش آن در برنامه‌ریزی براکی‌تراپی بالینی MRI فقط با دوز بالا (HDR) برای سرطان گردن رحم. روش‌ها: طرح‌های درمان ۲۲ بیمار مبتلا به سرطان گردن رحم (مراحل FIGO IB2 تا IVA؛ ۱۱ براکی‌تراپی داخل حفره‌ای (ICBT)، ۱۱ براکی‌تراپی بین بافت‌ی (ISBT)) به صورت پس‌رونده تحلیل شدند. عدم قطعیت موقعیتی با جابجایی سیستماتیک موقعیت منبع (± ۱ تا ± ۵ میلی‌متر با ۰ میلی‌متر به عنوان موقعیت مرجع) در داخل اپلیکاتورها در طول مسیر منبع در طرح‌های اصلی مدل‌سازی شد. پارامترهای دوزیمتری، HRCTV_D90 و D2cc برای اعضای در معرض خطر (OARs)، برای هر موقعیت منبع محاسبه شدند. اهمیت آماری با آزمون t زوجی و آزمون رتبه‌بندی امضا شده ویلکاکسون ارزیابی شد. طرح‌های هدف‌گذاری شده که از محدودیت‌های دوزیمتری OARs فراتر می‌رفتند با تغییر زمان‌های سکونت یا گرادیان‌ها در فاصله ۱ سانتی‌متری از OAR هدف، مجدداً بهینه‌سازی شدند تا تغییرات و دوزیمتری کلی OARs بهبود یابد. نتایج: تغییرات دوزیمتری قابل توجهی برای مثانه، سیگمون (همه موقعیت‌های جابجایی؛ p ≤ 0.001) و رکتوم (۱ تا ۵ میلی‌متر؛ p ≤ 0.04) در ICBT، و برای همه OARs (همه موقعیت‌های جابجایی؛ p ≤ 0.003) در ISBT مشاهده شد. HRCTV_D90 در ICBT به طور معنی‌داری از -۲ تا -۵ میلی‌متر (p ≤ 0.042) و در همه جابجایی‌ها (p ≤ 0.033) به جز در -۱ و -۲ میلی‌متر در ISBT تحت تأثیر قرار گرفت. در محدوده جابجایی ± ۵ میلی‌متر، میانگین (حداکثر) افت HRCTV_D90 و افزایش D2cc OARs (مثانه، روده، رکتوم و سیگمون) تا -2.0 ± 1.9(-5.4)% و (6.0 ± 3.4(13.6)%, 0.5 ± 2.5(5.5)%, 2.2 ± 2.7(7.4)% و 1.8 ± 1.2(4.2)%) برای ICBT، و -6.2 ± 1.4(-11.9)% و (5.2 ± 4.6(17.2)%, 1.3 ± 0.9(3.0)%, 4.6 ± 2.5(7.6)% و 6.6 ± 3.6(13.8)%) برای ISBT به ترتیب بود. طرح‌های مجدداً بهینه‌سازی شده نشان دادند که مقاومت دوزیمتری در برابر عدم قطعیت موقعیتی منبع برای OAR هدف با همان یا بهتر بودن دوزیمتری برای سایر OARs و HRCTV بهبود یافته است. استراتژی‌های به دست آوردن این مقاومت وابسته به بیمار و نوع اپلیکاتور بود. نتیجه‌گیری: عدم قطعیت موقعیت منبع سیستماتیک تأثیر معنی‌داری بر دوزیمتری در براکی‌تراپی بالینی MRI فقط برای سرطان گردن رحم دارد. تنظیم زمان‌های سکونت و گرادیان‌ها در نزدیکی OAR هدف می‌تواند این تأثیر را کاهش دهد.

متن کامل اصلی