Recent advances in radiotherapy

Radiation therapy has come a long way from treatment planning based on orthogonal radiographs with large margins around tumours. Advances in imaging and radiation planning software have led to three-dimensional conformal radiotherapy and, further, to intensity modulated radiotherapy (IMRT). IMRT permits sparing of normal tissues and hence dose-escalation to tumours. IMRT is the current standard in treatment of head and prostate cancer and is being investigated in other tumour sites. Exquisitely sculpted dose distributions (increased geographical miss) with IMRT, plus tumour motion and anatomical changes during radiotherapy make image guided radiotherapy an essential part of modern radiation delivery. Various hardware and software tools are under investigation for optimal IGRT

Dosimetric comparison study between intensity modulated radiation therapy and three-dimensional conformal proton therapy for pelvic bone marrow sparing in the treatment of cervical cancer.

The objective was to compare intensity-modulated radiation therapy (IMRT) with 3D conformal proton therapy (3DCPT) in the treatment of cervical cancer. In particular, each technique's ability to spare pelvic bone marrow (PBM) was of primary interest in this study. A total of six cervical cancer patients (3 postoperative and 3 intact) were planned and analyzed. All plans had uniform 1.0 cm CTV-PTV margin and satisfied the 95% PTV with 100% isodose (prescription dose = 45 Gy) coverage. Dose-volume histograms (DVH) were analyzed for comparison. The overall PTV and PBM volumes were 1035.9 ± 192.2 cc and 1151.4 ± 198.3 cc, respectively. In terms of PTV dose conformity index (DCI) and dose homogeneity index (DHI), 3DCPT was slightly superior to IMRT with 1.00 ± 0.001, 1.01 ± 0.02, and 1.10 ± 0.02, 1.13 ± 0.01, respectively. In addition, 3DCPT demonstrated superiority in reducing lower doses (i.e., V30 or less) to PBM, small bowel and bladder. Particularly in PBM, average V10 and V20 reductions of 10.8% and 7.4% (p = 0.001 and 0.04), respectively, were observed. However, in the higher dose range, IMRT provided better sparing (> V30). For example, in small bowel and PBM, average reductions in V45 of 4.9% and 10.0% (p = 0.048 and 0.008), respectively, were observed. Due to its physical characteristics such as low entrance dose, spread-out Bragg peak and finite particle range of protons, 3DCPT illustrated superior target coverage uniformity and sparing of the lower doses in PBM and other organs. Further studies are, however, needed to fully exploit the benefits of protons for general use in cervical cancer

Intensity modulated radiation therapy and arc therapy: validation and evolution as applied to tumours of the head and neck, abdominal and pelvic regions

Intensiteitsgemoduleerde radiotherapie (IMRT) laat een betere controle over de dosisdistributie (DD) toe dan meer conventionele bestralingstechnieken. Zo is het met IMRT mogelijk om concave DDs te bereiken en om de risico-organen conformeel uit te sparen. IMRT werd in het UZG klinisch toegepast voor een hele waaier van tumorlocalisaties. De toepassing van IMRT voor de bestraling van hoofd- en halstumoren (HHT) vormt het onderwerp van het eerste deel van deze thesis. De planningsstrategie voor herbestralingen en bestraling van HHT, uitgaande van de keel en de mondholte wordt beschreven, evenals de eerste klinische resultaten hiervan. IMRT voor tumoren van de neus(bij)holten leidt tot minstens even goede lokale controle (LC) en overleving als conventionele bestralingstechnieken, en dit zonder stralingsgeïnduceerde blindheid. IMRT leidt dus tot een gunstiger toxiciteitprofiel maar heeft nog geen bewijs kunnen leveren van een gunstig effect op LC of overleving. De meeste hervallen van HHT worden gezien in het gebied dat tot een hoge dosis bestraald werd, wat erop wijst dat deze “hoge dosis” niet volstaat om alle clonogene tumorcellen uit te schakelen. We startten een studie op, om de mogelijkheid van dosisescalatie op geleide van biologische beeldvorming uit te testen. Naast de toepassing en klinische validatie van IMRT bestond het werk in het kader van deze thesis ook uit de ontwikkeling en het klinisch opstarten van intensiteitgemoduleerde arc therapie (IMAT). IMAT is een rotationele vorm van IMRT (d.w.z. de gantry draait rond tijdens de bestraling), waarbij de modulatie van de intensiteit bereikt wordt door overlappende arcs. IMAT heeft enkele duidelijke voordelen ten opzichte van IMRT in bepaalde situaties. Als het doelvolume concaaf rond een risico-orgaan ligt met een grote diameter, biedt IMAT eigenlijk een oneindig aantal bundelrichtingen aan. Een planningsstrategie voor IMAT werd ontwikkeld, en type-oplossingen voor totaal abdominale bestraling en rectumbestraling werden onderzocht en klinisch toegepast

Focal Spot, Spring 1996

https://digitalcommons.wustl.edu/focal_spot_archives/1072/thumbnail.jp

Focal Spot, Summer 1997

https://digitalcommons.wustl.edu/focal_spot_archives/1076/thumbnail.jp

Focal Spot, Fall/Winter 1999

https://digitalcommons.wustl.edu/focal_spot_archives/1083/thumbnail.jp

Use of radiobiological modeling in treatment plan evaluation and optimization of prostate cancer radiotherapy

There are many tools available that are used to evaluate a radiotherapy treatment plan, such as isodose distribution charts, dose volume histograms (DVH), maximum, minimum and mean doses of the dose distributions as well as DVH point dose constraints. All the already mentioned evaluation tools are dosimetric only without taking into account the radiobiological characteristics of tumors or OARs. It has been demonstrated that although competing treatment plans might have similar mean, maximum or minimum doses they may have significantly different clinical outcomes (Mavroidis et al. 2001). For performing a more complete treatment plan evaluation and comparison the complication-free tumor control probability (P+) and the biologically effective uniform dose (D ) have been proposed (Källman et al. 1992a, Mavroidis et al. 2000). The D concept denotes that any two dose distributions within a target or OAR are equivalent if they produce the same probability for tumor control or normal tissue complication, respectively (Mavroidis et al. 2001)..

Focal Spot, Spring 1999

https://digitalcommons.wustl.edu/focal_spot_archives/1081/thumbnail.jp