Comparing Automatic Treatment Planning with Helical Tomotherapy and VMAT for Locally Advanced Cervical Cancer
Abstract
Hensikt: Dette prosjektet hadde til hensikt å anvende helikal tomoterapi (HT) i et automatisk skript for behandlingsplanlegging brukt i klinikken på St. Olavs Hospital for planlegging med volumetric modulated arc therapy (VMAT) i behandlingsplanleggingssystemet (TPS) RayStation. Behandlingsplaner for (lokalt avansert) livmorhalskreft (LACC) ble brukt for sammenligning av plankvalitet av de to behandlingsmodalitetene.
Materialer og metode: Behandlingsplaner ble generert for 10 LACC-pasienter. LACC ble valgt på grunnlag av den kompliserte formen og store størrelsen på målvolumet, og ofte med flere dosenivåer, behandlet som simultanintegrerte boostdoser (SIB). Justeringer av skriptet ble gjort for å kunne anvende HT som en alternativ behandlingsteknikk i TPS. Strukturen av skriptene for optimaliseringen av behandlingsplanene forble upåvirket. Ved å bruke samme planleggingsskript for begge RT-teknikkene, ble det sikret en objektiv metode for sammenligning av doseberegningene. Det ble laget HT-planer med ulike optimaliseringsparametere. De automatiske HT-planene ble sammenlignet kvantitativt med referanseplanene gjennom dosestatistikk hentet fra RayStation. Planene ble kvalitativt sammenlignet ved visuell evaluering utført sammen med fysikere i klinikken.
Resultater: En visuell evaluering av de skriptbaserte behandlingsplanene viste at HT-planene generelt var av dårligere kvalitet enn referanseplanene laget for VMAT. Ved å kombinere visuell og kvantitativ evaluering av behandlingsplanene ble det observert at HT-planer hadde en lavere boostdosekonformitet, høyere forekomst av hot spots i risikoorganer (OARs) som overlappet med målvolumer og omfattende spredning av lavere dosenivåer utenfor målvolumene. I tillegg viste dosestatistikken at dosedekningen til målvolumene var tilstrekkelig for begge behandlingsmodaliteter, mens andelen av OAR som lå utenfor målvolumene generelt fikk høyere doser i HT-planene. Dosefordelingen i hovedmålvolumene var lik eller mindre homogen enn for referanseplanene. De skriptbaserte HT-planene klarte ikke å oppfylle de nødvendige kriteriene for en klinisk akseptabel dosefordeling sammenlignet med VMAT-referanseplanene.
Konklusjon: Det automatiske planleggingsskriptet er ikke egnet for å generere kliniske planer for behandling av LACC-pasienter med HT, uten ytterligere justeringer for optimalisering. Purpose: This project aimed to apply helical tomotherapy (HT) in an automatic treatment planning script used in the clinic for treatment planning with volumetric modulated arc therapy (VMAT) in the treatment planning system (TPS) RayStation at St. Olavs Hospital. Plans for locally advanced cervical cancer (LACC) were used for plan quality comparison between the two treatment modalities.
Materials and Method: Treatment plans were generated for 10 LACC patients. LACC was mainly chosen because of its often large and intricate shape of the target volume and often several dose levels, planned as simultaneously integrated boost (SIB) doses. Adjustments of the script were made to employ HT as an alternative delivery technique in the TPS. The structure of the treatment planning optimization was unaffected. By using the same planning script for both RT techniques, an unbiased method for dose planning comparison was ensured. Several HT treatment plans were made with different beam optimization parameters. The automatic HT plans were compared quantitatively to the reference plans through dose statistics extracted from RayStation. The plans were qualitatively compared by visual evaluation performed together with physicists in the clinic.
Results: Visual evaluation of the script-based treatment plans revealed that HT plans were generally of lower quality than those made for VMAT. By combining visual and quantitative evaluation of the treatment plans it was observed that HT plans had a lower boost dose conformity, the appearance of hot spots in organs at risk (OARs) overlapping with target volumes and extensive spread of lower dose levels outside of target volumes. Additionally, dose statistics revealed that for both treatment modalities, the dose coverage to target volumes were sufficient, while the portion of OAR located outside of the target volumes generally received higher doses in the HT plans. The dose distribution in main target volume was similar or less homogeneous than for the reference plans. The script-based HT plans failed to meet the necessary criteria for a clinically acceptable dose distribution when compared to the reference VMAT plans.
Conclusion: The automatic planning script is not suitable for generating clinical LACC plans for treatment with HT, without further adjustments.