Вопросы гематологии/онкологии и иммунопатологии в педиатрии. 2019; 18: 49-57
Сравнение методов тотального облучения тела с использованием TomoTherapy и ротационной лучевой терапии, модулированной по объему на ускорителе Elekta: опыт одного Центра
https://doi.org/10.24287/1726-1708-2019-18-4-49-57Аннотация
В работе представлен опыт НМИЦ детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева Минздрава России по разработке и внедрению двух способов тотального облучения тела (ТОТ), основанных на лучевой терапии с модуляцией по интенсивности, а именно спиральной томотерапии (Helical TomoTherapy) и технологии ротационной лучевой терапии, модулированной по объему, – VMAT (Volumetric Modulated Arc Therapy), осуществляемой на классическом линейном ускорителе Elekta Synergy. Цель работы: дозиметрическое сравнение двух методов тотального облучения тела – с использованием ТomoTherapy и линейного ускорителя Elekta, реализуемых в одном Центре. Данное исследование поддержано Независимым этическим комитетом и утверждено решением Ученого совета НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева Минздрава России. Тотальное облучение тела провели 156 пациентам детского возраста, страдающим различными гематологическими заболеваниями. Режим облучения: разовая очаговая доза – 2,0 Гр до суммарной очаговой дозы 12,0 Гр за 3 дня облучения (2 фракции в день с интервалом не менее 6 ч). На этапе предлучевой подготовки были оконтурены все тело и ребра в качестве мишеней, а также легкие, почки и передний отрезок глаза как критические структуры. При планировании облучения взяты за основу следующие параметры: не менее 95% PTV (Planning Target Volume) должно получать дозу 11,4 Гр; не менее 95% объема ребер должно получать 10,0 Гр; объем каждого легкого, получающего 8,0 Гр, не должен превышать 40%; средняя доза в каждой из почек не должна превышать 9,0 Гр; доза в переднем отрезке глаза должна быть максимально снижена при сохранении дозы в PTV. Всего в период с июля 2014 по декабрь 2018 года ТОТ проведено 156 пациентам, в том числе 128 – на аппарате ТomoTherapy и 28 – на линейном ускорителе Elekta. В отделении лучевой терапии НМИЦ ДГОИ им. Дмитрия Рогачева были разработаны и внедрены в практику четко сформулированные дозиметрические критерии принятия плана облучения. Стандартизированный подход к ТОТ был реализован при облучении 17 пациентов на линейном ускорителе Elekta и 91 пациента – на TomoTherapy. В обеих методиках качество покрытия мишеней удовлетворяло предписанным критериям. В стандартизированном варианте ТОТ 95% объема ребер получило в соответствии с предписанием не менее 10,0 Гр (как на TomoTherapy, так и на Elekta); 95% PTV получило соответственно 11,7 ± 0,2 Гр и 11,6 ± 0,1 Гр. Средняя доза в почках не превышала 8,0 Гр в обеих методиках; oбъем легких, получающих дозу 8,0 Гр, не превышал 40%. Минимальная доза в легких составила 6,2 ± 0,2 и 5,1 ± 0,4 Гр для TomoTherapy и Elekta соответственно. Облучение мишени проводится более равномерно при использовании TomoTherapy, что подтверждают меньшие значения индексов гомогенности для TomoTherapy (16 ± 4%) по сравнению с Elekta (19 ± 3%). Разработанные методики ТОТ позволяют подводить предписанную дозу к мишени при сохранении заданных уровней доз в органах риска. Планы TomoTherapy показывают лучшее покрытие мишени и гомогенность, чем VMAT планы для Elekta. Использование стандартизированного подхода позволяет количественно оценить планы лучевой терапии и в дальнейшем сравнить результаты лечения для отдельных групп пациентов, получавших ТОТ в различных вариантах.
Список литературы
1. Wong J.Y., Filippi A.R., Dabaja B.S., Yahalom J., Specht L. Total body irradiation: guidelines from the international lymphoma radiation oncology group (ILROG). International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2018; 101 (3): 521–9.
2. Chen C.I., Abraham R., Tsang R., Crump M., Keating A., Stewart A.K. Radiation-associated pneumonitis following autologous stem cell transplantation: predictive factors, disease characteristics and treatment outcomes. Bone marrow transplantation 2001; 27 (2): 177–82.
3. Bölling T., Kreuziger D.C., Ernst I., Elsayed H., Willich N. Retrospective, monocentric analysis of late effects after Total Body Irradiation (TBI) in adults. Strahlentherapie und Onkologie 2011; 187 (5): 311–5.
4. Sampath S., Schultheiss T.E., Wong J. Dose response and factors related to interstitial pneumonitis after bone marrow transplant. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2005; 63 (3): 876–84.
5. Cheng J.C., Schultheiss T.E., Wong J.Y. Impact of drug therapy, radiation dose, and dose rate on renal toxicity following bone marrow transplantation. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2008; 71 (5): 1436–43.
6. Kelsey C.R., Horwitz M.E., Chino J.P., Craciunescu O., Steffey B., Folz R. J., et al. Severe pulmonary toxicity after myeloablative conditioning using total body irradiation: an assessment of risk factors. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2011; 81 (3): 812–8.
7. Кобызева Д.А., Масчан М.А., Виллих Н.А., Логинова А.А., Нечеснюк А.В. Первый российский опыт применения Томо-терапии для проведения тотального облучения тела у детей. Российский журнал детской гематологии и онкологии 2016; 2: 64–7.
8. Stein A., Palmer J., Tsai N.C., Al Malki M.M., Aldoss I., Ali H., et al. Phase I trial of total marrow and lymphoid irradiation transplantation conditioning in patients with relapsed/refractory acute leukemia. Biology of Blood and Marrow Transplantation 2017; 23 (4): 618–24.
9. Penagaricano J.A., Chao M., Van Rhee F., Moros E.G., Corry P.M., Ratanatharathorn V. Clinical feasibility of TBI with helical tomotherapy. Bone marrow transplantation 2011; 46 (7): 929–35.
10. Gruen A., Ebell W., Wlodarczyk W., Neumann O., Kuehl J.S., Stromberger C., et al. Total Body Irradiation (TBI) using Helical Tomotherapy in children and young adults undergoing stem cell transplantation. Radiation Oncology 2013; 8 (1): 92.
11. Wong J.Y., Rosenthal J., Liu A., Schultheiss T., Forman S., Somlo G. Image-guided total-marrow irradiation using helical tomotherapy in patients with multiple myeloma and acute leukemia undergoing hematopoietic cell transplantation. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2009; 73 (1): 273–9.
12. Hui S.K., Kapatoes J., Fowler J., Henderson D., Olivera G., Manon R.R., et al. Feasibility study of helical tomotherapy for total body or total marrow irradiation. Medical Physics 2005; 32 (10): 3214–24.
13. Aydogan B., Kavak G.O., Koshy M., Ozturk N., Yeginer M., Smith B., et al. Initial Clinical Experience with Linacbased Intensity Modulated Total Marrow Irradiation (IM-TMI). International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2011; 81 (2): S200.
14. Patel P., Aydogan B., Koshy M., Mahmud D., Oh A., Saraf S.L., et al. Combination of Linear Accelerator–Based IntensityModulated Total Marrow Irradiation and Myeloablative Fludarabine/Busulfan: A Phase I Study. Biology of Blood and Marrow Transplantation 2014; 20 (12): 2034–41.
15. Jensen L.G., Stiller T., Wong J.Y., Palmer J., Stein A., Rosenthal J. Total Marrow Lymphoid Irradiation/Fludarabine/Melphalan Conditioning for Allogeneic Hematopoietic Cell Transplantation. Biology of Blood and Marrow Transplantation 2018; 24 (2): 301–7.
16. Fogliata A., Cozzi L., Clivio A., Ibatici A., Mancosu P., Navarria P., et al. Preclinical assessment of volumetric modulated arc therapy for total marrow irradiation. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2011: 80 (2): 628–36.
17. Wong J.Y., Liu A., Schultheiss T., Popplewell L., Stein A., Rosenthal J., et al. Targeted total marrow irradiation using three-dimensional image-guided tomographic intensity-modulated radiation therapy: an alternative to standard total body irradiation. Biology of Blood and Marrow Transplantation 2006; 12 (3): 306–15.
18. Springer A., Hammer J., Winkler E., Track C., Huppert R., Böhm A., et al. Total body irradiation with volumetric modulated arc therapy: dosimetric data and first clinical experience. Radiation Oncology 2016; 11 (1): 46.
19. Chakraborty S., Cheruliyil S., Bharathan R., Muttath G. Total body irradiation using VMAT (RapidArc): A planning study of a novel treatment delivery method. Int J Cancer Ther Oncol 2015; 3: 03028.
20. Sarradin V., Simon L., Huynh A., Gilhodes J., Filleron T., Izar F. Total body irradiation using Helical Tomotherapy®: Treatment technique, dosimetric results and initial clinical experience. Cancer/Radiothérapie 2018; 22 (1): 17–24.
21. The International Commission on Radiation Units and Measurements, ICRU Report № 83.
22. Логинова А.А., Товмасян Д.А., Черняев А.П., Варзарь С.М., Кобызева Д.А., Нечеснюк А.В. Методика стыковки полей при тотальном облучении тела с использованием технологии Томотерапии. Медицинская радиология и радиационная безопасность 2018; 63 (2): 55–61.
Pediatric Hematology/Oncology and Immunopathology. 2019; 18: 49-57
Comparison of total body irradiation using TomoTherapy and volume-modulated rotational radiation therapy Elekta. A single center experience on pediatric patients
https://doi.org/10.24287/1726-1708-2019-18-4-49-57Abstract
This study presents the experience of one center in the development and implementation of two different methods of totalbody irradiation (ТОТ) based on radiation therapy with intensity modulation, namely, Helical TomoTherapy (HT) and Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT), implemented on the classic linear accelerator Elekta Synergy. The aim of the work is the comparison of two TBI methods, as well as a description of the process of introducing these methods into the routine practice of the radiotherapy department. The study was approved by the Independent Ethics Committee of the Dmitry Rogachev Nationa Medical Research Center of Pediatric Hematology, Oncology and Immunology. Prescribed total doses: PTV – 12.0 Gy with a single fraction of 2.0 Gy twice per a day, at least 95% of PTV should have received a dose of 11.4 Gy, the volume of each lung receiving 8.0 Gy should not exceed 40%, the average dose in each of the kidneys should not exceed 9.0 Gy, the dose in the anterior segment of the eye should be reduced as much as possible while maintaining the dose in surrounding part of PTV. In total, from July 2014 to December 2018, 156 patients received TBI, 128 of which on TomoTherapy and 28 on Elekta. The use of a standardized approach to TBI from July 2015 to December 2018 made it possible to introduce TBI into the routine practice of the radiotherapy department. A standardized approach to TBI was implemented with the irradiation of 17 on Elekta and 91 on TomoTherapy. It allowed us toobtain uniform reproducible results in terms of dosimetric criteria. The volume of lungs receiving a dose of 8.0 Gy did not exceed 40% for TomoTherapy and for Elekta, the average dose in the kidneys did not exceed 8.0 Gy for both modalities. In the standardized versions of TBI, 10.0 Gy cover at least 95% of the ribs volume, in accordance with the prescription. In both cases, the quality of PTV coverage met the prescribed criteria, namely, at least 95 percent of the volume of PTV received at least 95% of the prescribed dose (11.4 Gy). The minimum dose in the lungs was 6.2 ± 0.2 Gy and 5.1 ± 0.4 Gy, for TomoTherapy and Elekta respectively. The presence or absence of the clinical significance of this criterion is to be assessed. The developed TBI methods allow to deliver the prescribed dose to the target while maintaining the specified dose levels in the organs at risk. However, TomoTherapy plans have better target coverage and homogeneity than VMAT-based plans for Elekta. The use of a standardized approach makes it possible to quantify treatment plans for these techniques.
References
1. Wong J.Y., Filippi A.R., Dabaja B.S., Yahalom J., Specht L. Total body irradiation: guidelines from the international lymphoma radiation oncology group (ILROG). International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2018; 101 (3): 521–9.
2. Chen C.I., Abraham R., Tsang R., Crump M., Keating A., Stewart A.K. Radiation-associated pneumonitis following autologous stem cell transplantation: predictive factors, disease characteristics and treatment outcomes. Bone marrow transplantation 2001; 27 (2): 177–82.
3. Bölling T., Kreuziger D.C., Ernst I., Elsayed H., Willich N. Retrospective, monocentric analysis of late effects after Total Body Irradiation (TBI) in adults. Strahlentherapie und Onkologie 2011; 187 (5): 311–5.
4. Sampath S., Schultheiss T.E., Wong J. Dose response and factors related to interstitial pneumonitis after bone marrow transplant. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2005; 63 (3): 876–84.
5. Cheng J.C., Schultheiss T.E., Wong J.Y. Impact of drug therapy, radiation dose, and dose rate on renal toxicity following bone marrow transplantation. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2008; 71 (5): 1436–43.
6. Kelsey C.R., Horwitz M.E., Chino J.P., Craciunescu O., Steffey B., Folz R. J., et al. Severe pulmonary toxicity after myeloablative conditioning using total body irradiation: an assessment of risk factors. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2011; 81 (3): 812–8.
7. Kobyzeva D.A., Maschan M.A., Villikh N.A., Loginova A.A., Nechesnyuk A.V. Pervyi rossiiskii opyt primeneniya Tomo-terapii dlya provedeniya total'nogo oblucheniya tela u detei. Rossiiskii zhurnal detskoi gematologii i onkologii 2016; 2: 64–7.
8. Stein A., Palmer J., Tsai N.C., Al Malki M.M., Aldoss I., Ali H., et al. Phase I trial of total marrow and lymphoid irradiation transplantation conditioning in patients with relapsed/refractory acute leukemia. Biology of Blood and Marrow Transplantation 2017; 23 (4): 618–24.
9. Penagaricano J.A., Chao M., Van Rhee F., Moros E.G., Corry P.M., Ratanatharathorn V. Clinical feasibility of TBI with helical tomotherapy. Bone marrow transplantation 2011; 46 (7): 929–35.
10. Gruen A., Ebell W., Wlodarczyk W., Neumann O., Kuehl J.S., Stromberger C., et al. Total Body Irradiation (TBI) using Helical Tomotherapy in children and young adults undergoing stem cell transplantation. Radiation Oncology 2013; 8 (1): 92.
11. Wong J.Y., Rosenthal J., Liu A., Schultheiss T., Forman S., Somlo G. Image-guided total-marrow irradiation using helical tomotherapy in patients with multiple myeloma and acute leukemia undergoing hematopoietic cell transplantation. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2009; 73 (1): 273–9.
12. Hui S.K., Kapatoes J., Fowler J., Henderson D., Olivera G., Manon R.R., et al. Feasibility study of helical tomotherapy for total body or total marrow irradiation. Medical Physics 2005; 32 (10): 3214–24.
13. Aydogan B., Kavak G.O., Koshy M., Ozturk N., Yeginer M., Smith B., et al. Initial Clinical Experience with Linacbased Intensity Modulated Total Marrow Irradiation (IM-TMI). International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2011; 81 (2): S200.
14. Patel P., Aydogan B., Koshy M., Mahmud D., Oh A., Saraf S.L., et al. Combination of Linear Accelerator–Based IntensityModulated Total Marrow Irradiation and Myeloablative Fludarabine/Busulfan: A Phase I Study. Biology of Blood and Marrow Transplantation 2014; 20 (12): 2034–41.
15. Jensen L.G., Stiller T., Wong J.Y., Palmer J., Stein A., Rosenthal J. Total Marrow Lymphoid Irradiation/Fludarabine/Melphalan Conditioning for Allogeneic Hematopoietic Cell Transplantation. Biology of Blood and Marrow Transplantation 2018; 24 (2): 301–7.
16. Fogliata A., Cozzi L., Clivio A., Ibatici A., Mancosu P., Navarria P., et al. Preclinical assessment of volumetric modulated arc therapy for total marrow irradiation. International Journal of Radiation Oncology Biology Physics 2011: 80 (2): 628–36.
17. Wong J.Y., Liu A., Schultheiss T., Popplewell L., Stein A., Rosenthal J., et al. Targeted total marrow irradiation using three-dimensional image-guided tomographic intensity-modulated radiation therapy: an alternative to standard total body irradiation. Biology of Blood and Marrow Transplantation 2006; 12 (3): 306–15.
18. Springer A., Hammer J., Winkler E., Track C., Huppert R., Böhm A., et al. Total body irradiation with volumetric modulated arc therapy: dosimetric data and first clinical experience. Radiation Oncology 2016; 11 (1): 46.
19. Chakraborty S., Cheruliyil S., Bharathan R., Muttath G. Total body irradiation using VMAT (RapidArc): A planning study of a novel treatment delivery method. Int J Cancer Ther Oncol 2015; 3: 03028.
20. Sarradin V., Simon L., Huynh A., Gilhodes J., Filleron T., Izar F. Total body irradiation using Helical Tomotherapy®: Treatment technique, dosimetric results and initial clinical experience. Cancer/Radiothérapie 2018; 22 (1): 17–24.
21. The International Commission on Radiation Units and Measurements, ICRU Report № 83.
22. Loginova A.A., Tovmasyan D.A., Chernyaev A.P., Varzar' S.M., Kobyzeva D.A., Nechesnyuk A.V. Metodika stykovki polei pri total'nom obluchenii tela s ispol'zovaniem tekhnologii Tomoterapii. Meditsinskaya radiologiya i radiatsionnaya bezopasnost' 2018; 63 (2): 55–61.
