Objective: Stereotactic radiotherapy near serial organs at risk (OAR) requires special caution. A novel intensity-modulated radiotherapy (IMRT) prescription concept termed simultaneous integrated protection (SIP) for quantifiable and comparable dose prescription to targets very close to OAR is described.
Materials and methods: An intersection volume of a planning risk volume (PRV) with the total planning target volume (PTV) defined the protection volume (PTVSIP). The remainder of the PTV represented the dominant PTV (PTVdom). Planning was performed using IMRT. Dose was prescribed to PTVdom according to ICRU in 3, 5, 8, or 12 fractions. Constraints to OARs were expressed as absolute and as equieffective doses at 2 Gy (EQD2). Dose to the gross risk volume of an OAR was to respect constraints. Violation of constraints to OAR triggered a planning iteration at increased fractionation. Dose to PTVSIP was required to be as high as possible within the constraints to avoid local relapse.
Results: SIP was applied in 6 patients with OAR being large airways (n = 2) or bowel (n = 4) in 3, 5, 8, and 12 fractions in 1, 3, 1, and 1 patients, respectively. PTVs were 14.5-84.9 ml and PTVSIP 1.8-3.9 ml (2.9-13.4 % of PTV). Safety of the plans was analyzed from the absolute dose-volume histogram (dose to ml). The steepness of dose fall-off could be determined by comparing the dose constraints to the PRVs with those to the OARs (Wilcoxon test p = 0.001). Constraints were respected for the corresponding OARs. All patients had local control at a median 9 month follow-up and toxicity was low.
Conclusion: SIP results in a median dose of ≥100 % to PTV, to achieve high local control and low toxicity. Longer follow-up is required to verify results and a prospective clinical trial is currently testing this new approach in chest and abdomen stereotactic body radiotherapy.
Zielsetzung: Die stereotaktische Radiotherapie nahe serieller Risikoorgane (OAR) erfordert besondere Vorsicht. Wir beschreiben ein neues Konzept für die intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT), genannt simultan integrierte Protektion (SIP), das die Dosisverschreibung auf Zielvolumina in unmittelbarer Nähe von OAR quantifiziert.
Material und Methoden: Das Überschneidungsvolumen eines Planungsrisikovolumens (PRV) mit dem gesamten Planungszielvolumen (PTV) definierte das Protektionsvolumen (PTVSIP). Der Rest des PTV repräsentierte das dominierende PTV (PTVdom). Die Planung erfolgte mittels IMRT. Nach ICRU wurde die Dosis auf PTVdom in 3, 5, 8 oder 12 Fraktionen verschrieben. OAR-Grenzdosen wurden als absolute und äquieffektive Dosen zu 2 Gy (EQD2) überprüft. Die Dosis auf das makroskopische Risikovolumen eines OAR musste die Constraints einhalten. Eine Verletzung der OAR-Constraints triggerte eine Planungswiederholung mit höherer Fraktionszahl. Die PTVSIP-Dosis sollte so hoch wie möglich sein, aber innerhalb der Constraints, um Lokalrezidive zu vermeiden.
Ergebnisse: Die SIP-Technik wurde bei 6 Patienten mit den OARs große Atemwege (n = 2) und Darm (n = 4) in 3, 5, 8 und 12 Fraktionen bei jeweils 1, 3, 1 und 1 Patienten angewendet. PTVs maßen 14,5–84,9 ml und PTVSIP 1,8–3,9 ml (2,9–13,4 % des PTV). Die Verträglichkeit der Pläne wurde durch die Analyse der absoluten Dosisvolumenhistogramme (Dosis auf ml) überprüft. Die Steilheit des Dosisabfalls wurde durch den Vergleich der Dosis-Constraints mit der Dosis auf die PRVs gegenüber der Dosis auf die OARs abgelesen (Wilcoxon-Test p = 0,001). Die Constraints für die OARs wurden eingehalten. Alle Patienten zeigten eine Lokalkontrolle bei einem medianen 9‑monatigen Nachbeobachtungszeitraum und niedrige Toxizität.
Schlussfolgerung: SIP ermöglichte eine mediane Dosis von ≥100 % auf das PTV und ergab eine hervorragende Lokalkontrolle bei niedriger Toxizität. Die Verifikation der Ergebnisse erfordert eine längere Nachbeobachtungszeit. Eine prospektive klinische Studie testet derzeit diesen neuen Ansatz für die thorakale und abdominelle Körperstereotaxie.
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Keywords: Efficacy; Intensity-modulated radiotherapy; Organs at risk; Stereotactic body radiation therapy; Toxicity.