Prediction of volumetric change in the “triple ring” caused by glioma I-125 brachytherapy

The aim of this study was to reveal the volumetric changes in tumor necrosis, reactive zone, and edema referred to as the “triple ring” appearing after low-dose-rate iodine-125 (I-125) interstitial irradiation of 20 inoperable low-grade gliomas. To enable prediction of these volumetric changes, we provide mathematical expressions that describe the dynamics of the triple ring. Volumes of the three regions on image-fused control CT/MR images were measured for a 24-month period. The delivered dose on the tumor surface was 50–60 Gy. Dose planning and image fusion were performed with Brain-Lab Target 1.19 software; mathematical and statistical computations were carried out with Matlab numeric computation and visualization software. To determine the volumes, control images with the triple rings were fused with the planning images. Relative volumes normalized with respect to the volume of reference dose were calculated and plotted in the time domain. First, the mean values of volumes were determined from the patients’ measured data; then, polynomials were fitted to the mean values using the polynomial curve-fitting method. The accuracy of our results was verified by correlating the predicted data with the measured ones. The polynomial prediction approach proposed here reveals the dynamics of the triple ring. These polynomials will assist with (1) designing the best treatment, (2) following the patient’s condition, and (3) planning reirradiation if necessary

Az ismételt frakcionált külső sugárkezelés (reirradiáció) elsődleges központi idegrendszeri daganatok kiújulásának kezelésére: az első hazai tapasztalatok = The possibilities of fractionated external beam reirradiation of relapsed primary brain tumours. The first Hungarian experience

Bevezetés: A háromdimenziós CT/MRI alapú besugárzástervezés és a konformális sugárterápiás technikák bevezetése lehetővé tette az elsődleges rosszindulatú agydaganatok újabb kezelési formáinak, például az újrabesugárzási (reirradiációs) módszereknek a kidolgozását. Célkitűzés: Az Országos Onkológiai Intézet Sugárterápiás Osztályán frakcionált külső reirradiációs kezelésben részesült agydaganatos betegeknél a túlélés és a kezelés mellékhatásainak vizsgálata. Módszer: A szerzők 2002 és 2006 között tizenegy, előzetesen teljes dózisú (50–64 Gy) sugárkezelésben részesített agydaganatos betegnél végeztek teljes (50–54 Gy) vagy csökkentett (34–40 Gy) dózisú ismételt frakcionált külső besugárzást. A kezelések között eltelt időszak 7 és 30 év között volt. Minden esetben kihasználták a háromdimenziós sugártervezés és besugárzás adta lehetőségeket, a frakcionálás konvencionális (napi 1,8–2 Gy) volt. Eredmények: A betegek az újrabesugárzást minden esetben jól tolerálták, a kezelés közben, illetve az azt követő napokban komoly (Grade 3–4) neurológiai toxicitást nem észleltünk, a későbbiekben az érdemi kontaktust is megnehezítő, és nem a daganatos progresszióval kapcsolatos Grade 3 mentális hanyatlás egy esetben mutatkozott. Szövettanilag igazolt és ismételt műtétet szükségessé tévő radionekrózis egyszer fordult elő, illetve egy esetben valószínűsíthettünk komoly funkciókárosodást okozó kiterjedt agyszöveti károsodást. A medián progressziómentes időszak 8 (2–33) hónap, a medián túlélés 13 (4,5–33) hónap volt. A vizsgálat lezárásakor 3 túlélő beteg volt. Következtetések: A központi idegrendszer elsődleges daganatainak kiújulásakor más terápiás alternatíva hiányában a közel teljes dózisú frakcionált reirradiáció megfelelő feltételek mellett elvégezhető. Az optimális kezelési stratégia kidolgozásához további klinikai vizsgálatok szükségesek. | Introduction: The practice of image-based three dimensional treatment planning and conformal radiotherapy techniques offer the opportunity to elaborate novel treatment forms, e.g. reirradiation techniques for primary brain tumours. Aim: The authors analysed the effect on survival and toxicity of fractionated external beam reirradiation in brain tumour patients. Methods: At the National Institute of Oncology, between 2002 and 2006, fractionated external beam reirradiation was performed in eleven patients with recurrent primary brain tumour, with total of 50–54 Gy or near total of 34–40 Gy doses. All patients were previously treated with total radiotherapy doses of 50–64 Gy. The intervals between radiotherapy courses were in the range of 7–30 years. All the treatments were carried out with 3D image-based conformal methods, the fractionation was conventional, with 1,8–2,0 Gy daily fractions in all cases. Results: The reirradiation was tolerated well in the material. No grade 3–4 acute toxicity was detected, and serious, grade 3 mental deterioration, not related tumour progression was observed in only one case. In one case reoperation was necessary due to histologically verified radio-necrosis with mass-effect, and we believe that late neurotoxicity caused serious functional inabilities in one case. The median progression free survival was 8 (2–33) months, the median survival was 13 (4,5–33) months. Three of our patients were alive at the end of the study. Conclusions: Based on this experience and current knowledge, in absence of other treatment possibilities, the fractionated external beam reirradiation with near total doses could be a therapeutic choice in case of recurrent primary brain tumours, if having appropriate background. To define the optimal treatment strategy and regimens, further clinical trials should be carried out