乳腺癌根治术后双弧VMAT与IMRT计划的剂量学比较

目的 比较乳腺癌根治术后双弧的容积旋转调强放射治疗(VMAT)与5野的静态调强放射治疗(IMRT)2种计划之间的剂量学差异,评估VMAT技术在乳腺癌根治术后的剂量学特点与应用能力.方法 选取28例乳腺癌根治术后患者(左侧10例,右侧18例),分别制定双90度弧段的VMAT与5野的IMRT 2种计划,主要的计划评估参数为靶区的肿瘤控制概率(TCP)、适形指数(CI)、均匀指数(HI)以及接受相应处方剂量水平照射体积百分比V₉₅、V₁₁₀,危及器官(OAR)评估包括患侧肺的正常组织并发症概率(NTCP)、D_mean、V₅、V₂₀、V₃₀,心脏的NTCP值、D_mean、V₂₅,健侧乳腺的D_mean、机器跳数(MU)以及治疗时间.结果 VMAT计划与IMRT计划的TCP值分别为(96±2)%、(90±2)%(t=-6.28,P<0.01);HI值分别为0.15±0.04,0.22±0.02(t=13.29,P<0.05);肿瘤位于左侧时,心脏NTCP值在VMAT计划与IMRT计划中分别为(1.0±0.12)%,(1.7±0.13)%(t=2.14,P<0.05);肿瘤位于右侧时,2种计划心脏的NTCP差异无统计学意义,平均剂量分别为(3.27±0.26)、(6.0±0.47)Gy(t=9.21, P<0.01);VMAT计划在MU少于IMRT计划(t=9.58,P<0.01),治疗时间短于IMRT计划(t=8.40,P<0.05).结论 乳腺癌根治术后,VMAT计划具有更强的临床应用能力,且表现出更优的剂量学特点.     

中心型肺癌快速旋转调强与固定射野动态调强放疗的剂量学比较

目的 比较快速旋转调强(RapidArc)与固定射野动态调强(dIMRT)两种调强放疗技术在中心型肺癌治疗计划中的剂量学差异。方法 利用瓦里安(Varian)计划系统(Eclipse 8.6)随机选取10例已行dIMRT治疗的中心型肺癌患者,采用容积调强(volumetric modulated arc therapy,VMAT)治疗技术设计RapidArc调强放疗计划。在满足靶区处方剂量要求(95%体积的PTV达到66 Gy)的情况下,通过剂量体积直方图DVH评价和比较两种类型治疗计划的PTV最大剂量 D_max、最小剂量 D _min和平均剂量 D_mean以及适形指数CI,危及器官的脊髓最大剂量 D _max,双肺的 V₅、V ₁₀、 V₂₀、 V₃₀,心脏 V₃₀,食管 V₅₀、V₆₀和平均剂量 D_mean,并比较两种治疗计划的总机器跳数(MU)和治疗时间。结果 在中心型肺癌治疗计划中,与dIMRT相比较,RapidArc靶区的 D _max、 D_min和 D_mean略有升高,但统计学差异无意义( P >0.05), 适形指数CI优于dIMRT,且差异具有统计学意义(t=-4.968,P=0.001)。双肺的 V₅、V₁₀有所上升, V₂₀、 V₃₀有所下降;心脏 V₃₀受照射体积也有不同程度降低,差异均具有统计学意义。RapidArc总MU减少32%,治疗时间为dIMRT的1/3。结论 两种治疗技术所设计的治疗计划剂量分布均能满足临床治疗需要。RapidArc靶区适形度更高,实际治疗时间明显缩短,同时MU的降低减少了治疗区域正常组织的不必要照射。     

螺旋断层放疗在同时性双侧乳腺癌中的应用研究

目的 研究螺旋断层放疗(helical tomotherapy,HT)与容积旋转调强放疗(volumetric modulated arc therapy,VMAT)在同时性双侧乳腺癌术后放疗中的剂量学、治疗出束时间差异,探讨HT技术的临床应用可行性。方法 回顾性分析并选取2017年2月至2022年5月于广西医科大学第四附属医院行改良根治术后放疗的9例同时性双侧乳腺癌患者为研究对象,对每例患者分别使用Precision计划系统制定HT计划和RayStation计划系统制定VMAT计划。所得所有计划按照计划类型分为HT组和VMAT组。采用配对样本t检验比较两种放疗技术的靶区和危及器官(organ at risk,OAR)的剂量学参数及治疗出束时间。结果 两组计划均能满足临床治疗要求。HT组的靶区覆盖度(D_95%和V_100%)、适形指数CI、平均剂量D_mean和中位剂量D_50%均优于VMAT组,差异均有统计学意义(t=-3.21、-3.39、-5.03、3.76、4.97,P < 0.05);两组计划的靶区最大剂量D_2%、最小剂量D_98%、高剂量体积V_107%和V_110%、均匀性指数HI的差异无统计学意义(P > 0.05)。OAR方面,HT组的双肺V₂₀、D_mean均明显低于VMAT组,但双肺V₅明显高于VMAT组,差异均有统计学意义(t=-3.01、3.83、-2.81,P < 0.05);同时HT组明显降低了心脏的V₂₀、V₃₀、V₄₀、D_mean以及肝脏的V₂₀、D_mean,差异均有统计学意义(t=3.76、-2.83、-2.74、5.93、4.57、4.48,P < 0.05);其他OAR脊髓、甲状腺、肱骨头的受照剂量差异无统计学意义(P > 0.05)。HT组的治疗出束时间显著高于VMAT组(t=11.32,P < 0.05)。结论 与VMAT相比,HT具备更大的剂量学优势,能提供更优的靶区覆盖度、适形度和平均剂量,且可明显降低OAR双肺、心脏和肝脏的整体受照剂量,但双肺的低剂量区V₅、治疗时间多于VMAT,不过仍满足临床治疗需求,故可考虑将HT技术应用于同时性双侧乳腺癌的改良根治术后放疗。     

水平射野对肺癌调强计划结果的影响研究

目的 探讨水平方向射野对肺癌调强计划结果的影响.方法 收集肺癌患者18例,其中左肺癌患者10例,右肺癌患者8例,设计普通调强(IMRT计划)和在普通调强基础上添加一个水平方向射野(H-IMRT计划)的计划,比较机器跳数、子野数及靶区和危及器官(OARs)的剂量分布.结果 两种计划PTV的D_max、D_min及D_mean,患侧肺的V₃₀和D_mean,健侧肺的V₂₀ 和V₃₀,全肺的V₃₀差异均无统计学意义.与IMRT计划相比,添加水平射野后,PTV的均匀性(HI)及适形度(CI)都有显著提高(t=-9.33、10.88,P<0.05);肺的其他剂量指标均变差(t=-1.55~-7.58,P<0.05);心脏的保护更优(t=1.84~3.99,P<0.05);MUs及子野数量降低(t=12.57、3.19,P<0.05).结论 在肺癌的IMRT治疗中,添加水平射野可以改善靶区的剂量分布,但会使肺的低剂量照射体积增加,无益于肺的保护.     

切向双弧容积弧形调强技术对保乳术后包括内乳淋巴结区照射的心脏剂量学评价

目的 通过对左侧乳腺癌保乳术后患者内乳淋巴结局部放疗,探讨一种新的切向50°双弧容积弧形调强放射治疗（tangential volumetric modulated arc therapy,T-VMAT）技术的剂量学特点,评价T-VMAT对心脏的潜在保护作用。方法 15例左侧乳腺癌保乳术后患者,每例患者分别设计常规加楔形板切线野（W-TF）、6野调强适形放射治疗（6F-IMRT）和T-VMAT计划,靶区处方剂量50 Gy/25次,计算并比较靶区和危及器官（OAR）的剂量体积参数和适形指标。结果 与W-TF相比,T-VMAT技术不仅可降低心脏和冠状动脉前降支（LAD）最大剂量D_max、平均剂量D_mean和≥ 10 Gy剂量区体积（P<0.05）,而且有降低5 Gy剂量区体积V_{5 Gy}趋势,但差异无统计学意义（P>0.05）;与6F-IMRT相比,T-VMAT技术可明显降低心脏的D_mean、V_{5 Gy}、V_{10 Gy}和V_{20 Gy},以及LAD的D_mean、V_{5 Gy}和V_{10 Gy}（P<0.05）。与W-TF相比,T-VMAT计划中同侧肺V_{20 Gy}和健侧乳腺V_{5 Gy}均未增加,差异无统计学意义（P>0.05）,且靶区剂量覆盖和适形度均明显优于W-TF,热点体积V₁₁₀明显低于W-TF（P<0.05）。结论 在不增加同侧肺和健侧乳腺受照体积的同时,T-VMAT不仅可以降低心脏和LAD高剂量区受照体积,而且有降低心脏和LAD低剂量区受照体积的趋势。     

胸上段食管癌断层定野与断层螺旋放疗和容积旋转调强放疗的剂量学比较

目的 比较胸上段食管癌断层定野放疗（TD）、断层螺旋放疗（HT）和容积旋转调强放疗（VMAT）的剂量学差异,为临床上食管癌放疗方式的选择提供依据。方法 选取15例临床分期为cT_2~4N_0~1M₀的胸上段食管癌患者,分别设计TD、HT和VMAT 3种计划。比较靶区的剂量体积直方图（DVH）、均匀指数（HI）、适形指数（CI）、危及器官（OAR）受量、治疗时间和机器跳数（MU）的差异。结果 HT和TD计划的D₂和D_mean均明显低于VMAT计划;TD计划的D₉₈和HT相似,但均高于VMAT计划。对于HI,HT < TD < VMAT,3组之间差异有统计学意义（F=81.603,P < 0.05）。3组计划的CI差异无统计学意义（P>0.05）。双肺的V₁₅,HT明显高于VMAT和TD （t=3.547、-2.626,P < 0.05）。TD计划的V₂₀与HT计划的相似,但高于VMAT计划（t=2.824、3.052, P < 0.05）。3组计划中的脊髓D_max无明显差异。HT和TD的执行时间、MU均高于VMAT,差异具有统计学意义（t=21.617、15.693、10.018、7.802,P < 0.05）。结论 与VMAT相比,HT和TD计划可明显改善胸上段食管癌靶区的剂量分布,可获得更好的适形度。但VMAT比HT或TD明显降低双肺V₂₀、MU及治疗时间。TD与HT相比,HT的靶区剂量分布更好,但TD降低了双肺的V₁₅,且缩短治疗时间。     

乳腺癌根治术后调强放疗的一体化射野设计

目的 比较一种一体化调强射野设计方式与常规射野设计方法在乳腺癌根治术后调强放疗中的剂量学差异。方法 选取41例左侧乳腺癌根治术后患者的CT图像,进行胸壁、部分腋窝、锁骨上、内乳等靶区及危及器官（OAR）勾画。对每一套CT图像分别制作一体化射野设计的调强计划和常规调强计划。评估两种计划靶区和OAR剂量学分布。结果 两种计划靶区剂量分布和OAR受照剂量均满足临床要求,靶区剂量学参数差异无统计学意义（P>0.05）。一体化调强计划相比于常规计划：患侧肺V₅降低9.7%（t=2.407,P<0.05）、V₁₀降低11.2%（t=2.160,P<0.05）、V₂₀降低17.3%（t=2.465,P<0.05）、V₃₀降低13.4%（t=2.119,P<0.05）、D_mean降低13.8%（t=2.258,P<0.05）;心脏V₃₀下降28.4%（t=2.589,P<0.05）、D_mean下降23.2%（t=2.409,P<0.05）;其他OAR剂量学差异不具有统计学意义（P>0.05）。结论 一体化调强射野设计技术显著降低了患侧肺和心脏的受照体积与受照剂量,有望减轻乳腺癌根治术后放疗的不良反应。新型设计方案选取了较多的样本,包含不同分期的左乳癌根治术患者,对乳腺癌根治术后调强放疗临床应用具有普遍性,可以作为一种新的照射方式推广。     

直线加速器二级准直器在乳腺癌根治术后调强放疗计划中的应用

目的 探讨乳腺癌根治术后调强放疗（IMRT）计划中固定二级准直器位置对靶区剂量分布和危及器官受照剂量的影响,为临床治疗技术的选择提供依据。方法 选取定位影像资料完整的10例左侧乳腺癌根治术后患者,分别设计两种四野逆向IMRT计划。IMRT-1：采用0°、40°以及两个切线野方向射野,二级准直器的位置不做限制;IMRT-2：保持射野方向和优化参数与IMRT-1相同,0°、40°野二级准直器位置固定在锁骨上区的下界。比较两种IMRT计划的靶区剂量分布、危及器官受照剂量及所需机器跳数（MU）。结果 IMRT-1和IMRT-2的适形指数（CI）分别为0.79和0.73（Z=-2.316,P<0.05）;均匀性指数（HI）两组计划之间差异无统计学意义（P>0.05）;IMRT-2患侧肺V₅、V₁₀、D_mean均低于IMRT-1,差异有统计学意义（Z=-2.805、-2.812、-2.521,P<0.05）;健侧肺平均剂量、心脏平均剂量和健侧乳腺平均剂量IMRT-2均低于IMRT-1,差异有统计学意义（Z=-2.666、-2.701、-2.310,P<0.05）;患侧肺V₂₀、V₃₀和心脏V₃₀在两种计划之间差异均无统计学意义（P>0.05）。结论 在乳腺癌根治术后IMRT计划中,在保证靶区剂量均匀性的情况下,适当固定二级准直器的位置能明显降低危及器官受照的低剂量区,能更好地保护危及器官。     

Halo-Vest支架对颈椎原发恶性肿瘤放疗剂量分布的影响

目的 探讨Halo-Vest支架对颈椎原发恶性肿瘤不同放疗技术剂量分布的影响。方法 选择10例曾接受Halo-Vest支架手术后进行放射治疗的颈椎原发恶性肿瘤患者进行回顾性研究,使用Monaco计划系统,在勾画Halo-Vest支架结构外轮廓的CT序列图像上设计调强放疗（IMRT）和容积旋转调强放疗（VMAT）计划,然后复制相同射野参数的IMRT和VMAT计划到不勾画Halo-Vest支架结构外轮廓的CT序列图像上重新计算剂量分布,比较靶区、危及器官和正常组织的剂量分布差异。结果 对于VMAT计划,两组计划的计划靶区（PTV）和计划肿瘤靶区（PGTV）的剂量学参数除PGTV_107%外的各参数平均差异均< 1%。相比外轮廓勾画Halo-Vest支架,外轮廓不勾画支架的图像计算的脊髓和脊髓-PRV平均最大剂量分别增加0.38和0.42 Gy（Z=-2.803、-2.803,P<0.05）,脊髓和脊髓PRV D_mean分别增加0.35和0.37 Gy（Z=-2.703、-2.801,P<0.05）。黏膜、甲状腺、腮腺、下颌骨、下颌关节和正常组织的V₅、V₃₀和D_mean最大差异为0.74%。对于IMRT计划,两组计划的PTV和PGTV间剂量学参数差异较VMAT技术的差异增大,大部分差异超过1%,最大差异为4.55%。相比外轮廓勾画Halo-Vest支架,外轮廓不勾画支架的图像计算的脊髓平均最大剂量和脊髓-PRV最大剂量分别增加0.48和0.59 Gy（P>0.05）,脊髓和脊髓PRV的平均D_mean分别增加0.57和0.59 Gy（Z=-2.293、-2.293,P<0.05）。其他危及器官的最大差异为1.98%。结论 CT图像外轮廓勾画或不勾画Halo-Vest支架结构,VMAT计划间剂量差异很小,临床上可以忽略,但IMRT计划间剂量差异偏大,需要考虑忽略或部分勾画Halo-Vest支架结构的外轮廓时对剂量分布带来的影响。     

算法和射野设置对肺癌容积旋转调强计划的剂量学影响

目的 分析不同剂量计算算法和不同射野设置对肺癌容积旋转调强计划(VMAT)的剂量学差异,为临床计划设计提供参考。方法 选择20例肺癌患者,分别设计4组VMAT计划:基于各向异性解析算法(AAA)的2野2弧(2F2A_AAA)、基于外照射光子剂量算法(AXB)射的2野2弧 (2F2A_AXB)、基于蒙特卡罗算法(MC)的2野2弧(2F2A_MC)、基于MC算法的1野2弧(1F2A_MC)。分别对不同算法、不同射野设置的计划,在靶区覆盖、高量控制、剂量均匀性指数(HI)、适形性指数(CI),以及危及器官(OARs)受照剂量进行评估。结果 3组不同算法的2F2A计划靶区结果表明,2F2A_MC在PGTV的D_1%和V_95%(受到95%处方剂量所包绕的靶区相对体积)上均优于2F2A_AAA(D_1%:t=-2.44,P=0.03;V_95%:z=-2.04,P=0.04)和2F2A_AXB(D_1%:t=2.34, P=0.03; z=-3.21,P<0.01)。 2F2A_AXB在PGTV的CI表现上优于2F2A_AAA(z=-3.66,P<0.01),与2F2A_MC相当。就危及器官而言,2F2A_AXB和2F2A_MC全肺的V_{5 Gy}上分别较2F2A_AAA减少了0.68%(z=-2.69,P=0.01)和3.05%(z=-3.52,P<0.01)。2F2A_AXB计划在全肺D_mean为1776.44 cGy,均优于2F2A_MC(t=2.67,P=0.02)和2F2A_AAA(t=8.62,P<0.01)。2F2A_AXB的Body_5mm在V_{20 Gy}相较于2F2A_AAA和2F2A_MC分别减少了1.45%(z=-3.88,P<0.01)和2.01%(z=-3.66, P<0.01)。而不同射野设置的两组计划结果表明,1F2A_MC在PTV1的CI和PTV2的HI上均优于2F2A_MC(CI: t=2.61, P=0.02; HI: z=-2.20, P=0.03)。1F2A_MC在全肺D_mean相对于2F2A_MC增加了26.29 cGy(t=2.28,P=0.04)。结论 在进行肺癌VMAT计划设计时,MC算法适用于靶区优先,AXB算法适用于危及器官优先;而仅有MC算法的情况下,靶区优先时推荐选择1F2A,危及器官优先时推荐选择2F2A。     

通量平滑度在胸中上段食管癌容积弧形调强中的剂量学比较

目的对比Monaco计划系统中3种通量平滑度参数在胸中上段食管癌容积弧形调强(VMAT)中的剂量学差异。方法选取15例胸中上段食管癌病例,相同优化条件下分别使用高、中和低3种通量平滑度(高组、中组、低组)进行VMAT计划设计和评估。比较3组计划靶区的D95、Dmean、适形度指数(CI)、均匀性指数(HI)、危及器官的受量和机器跳数。结果3组计划相比靶区的D95、Dmean、CI和HI等参数差异均无统计学意义(P>0.05)。高组与中和低组相比,心脏的V40、Dmean、双肺的V10、V20、Dmean和子野数差异无统计学意义(P>0.05);与中组和低组相比,高组心脏的V30和脊髓危及器官的计划体积(PRV)Dmax均降低(t=-2.167、-0.999,P<0.05);高组双肺的V5高于中和低组(t=1.306、-2.027、P<0.05);与中组和低组相比,高组的机器跳数降低(t=-3.148、-6.692、P<0.05)。与中组相比,低组的心脏V30和Dmean,脊髓PRV Dmax均增加(t=0.411、0.589、0.013,P<0.05),而肺的V5降低(t=0.423,P<0.05)。结论3组计划均能满足临床要求。综合考虑计划质量和执行效率,建议采用高通量平滑度用于中上段食管癌容积弧形调强放疗。     

上胸段食管癌调强放射治疗中淋巴结意外照射的剂量学研究

目的比较上胸段食管癌容积旋转调强放射治疗(VMAT)与5野的静态调强放射治疗(5F-IMRT)在淋巴结意外照射中的剂量学差异,评估两种方式在上胸段食管癌放射治疗中的剂量学特点。方法选取20例典型的上胸段食管癌患者,在进行靶区勾画时,肿瘤区(GTV)、临床靶区(CTV)不包含所有淋巴结,而将淋巴结单独勾画作为正常组织。对这20例患者分别制定两套计划,即VMAT与5F-IMRT,主要的计划评估参数为靶区的适形指数(CI)、均匀指数(HI),以及接受相应处方剂量水平照射体积百分比V95、V110;危及器官(OAR)评估包括肺的Dmean、V5、V20、V30,心脏的Dmean、V25,脊髓的Dmax,机器调数(MU)。同时评估各个淋巴结的等效均衡剂量(EUD)与接受40 Gy照射剂量的体积百分比V40。结果5F-IMRT计划在V95%上具有较高的计划靶区(PTV)剂量覆盖率(t=-9.4,P<0.05),VMAT计划的适形指数(CI)优于5F-IMRT(t=-5.3,P<0.05);5F-IMRT计划较VMAT计划降低平均肺V510.9%(t=-7.8,P<0.05),降低平均脊髓Dmax 9%(t=-10.2,P<0.05);VMAT计划较5F-IMRT计划降低平均MU 18.6%(t=-6.2,P<0.05);5F-IMRT计划在所有上胸段淋巴结区域的平均EUD值为32.3~61.5 Gy,较VMAT计划(32.5~61.1 Gy)提高4.7%,平均V40提高2.4%。各个上胸段淋巴结区域除左气管支气管淋巴结(106tbL)外的意外照射剂量,与PTV的体积大小充分相关(R=0.716~0.933,P<0.05)。结论5F-IMRT的放射治疗计划在上胸段食管癌淋巴结意外照射中更具剂量学优势,且肿瘤靶区较大的患者淋巴结区域具有更高的辐射剂量。     

胸上段食管癌螺旋断层放疗和容积旋转调强放疗的剂量学比较

目的 比较胸上段食管癌螺旋断层(HT)与容积旋转调强放疗(VMAT)计划的剂量学差异。方法 随机抽样法选取10例胸上段食管癌患者,分别设计HT和VMAT双弧照射调强放疗计划,肿瘤靶区体积(GTV)给予66 Gy/30次,计划靶区体积(PTV)给予50 Gy/30次。根据剂量体积直方图(DVH)评价靶区的D_1%、D_5%、D_95%、D_99%、适形指数(CI)、均匀性指数(HI)和危及器官(OAR)受量,比较治疗时间和机器跳数(MU)的差异。结果 HT组GTV和PTV的D_99%高于VMAT组(t=4.476、3.756,P<0.05);GTV与PTV的D_1%、D_5%、D_95%、HI和CI差异均无统计学意义(P>0.05)。HT组全肺V₁₀、V₁₅、V₂₀和全肺平均剂量(MLD)均显著低于VMAT组(t=-3.369、-4.824、-4.869、-3.657,P<0.05);全肺V₅、V₃₀和脊髓D_max差异均无统计学意义(P >0.05)。HT组治疗时间和MU数均远大于VMAT组(t=13.970、7.982,P<0.05)。结论 HT与VMAT技术均能满足胸上段食管癌放疗剂量要求。HT技术能显著减小双肺受量,而VMAT技术具备明显的效率优势。     

基于RayStation计划系统的宫颈癌容积旋转调强自动计划设计

目的 研究在RayStation 4.7计划系统平台上实现基于预测模型和自动优化算法的宫颈癌容积旋转调强（VMAT）全自动计划设计。方法 选取40例宫颈癌VMAT专家计划进行分析,使用主成分回归分析方法建立危及器官的体积剂量直方图（DVH）预测模型,运用IronPython编程语言在RayStation 4.7计划系统平台上实现基于预测模型的宫颈癌VMAT计划的自动创建和自动优化,并通过与手动计划的比较来评估自动计划的质量和效率。另外选取10例专家计划用于验证模型的准确性和自动计划的可行性。结果 10例宫颈癌VMAT计划测试结果显示预测模型能够很好地预测直肠、膀胱和小肠的剂量体积参数;自动计划与专家计划相当,而与原始手动计划相比,靶区的均匀性和适形性差异无统计学意义（P> 0.05）,膀胱平均V₄₀和V₅₀下降4.3%和1.6%,（t=2.75、5.26,P< 0.05）,直肠平均V₃₀、V₄₀和V₅₀下降6.8%、5.8%和2.1%（t=2.26、3.55、5.19,P<0.05）,左右股骨头平均剂量分别下降380和322 cGy（t=5.55、7.25,P< 0.05）,小肠平均剂量差异无统计学意义（P> 0.05）。自动计划和手动计划平均用时分别为36和53 min。结论 RayStation计划系统平台上基于IronPython语言并结合预测模型的自动计划程序能够快速高效地完成高质量的宫颈癌VMAT计划。     

Radiation therapy of synchronous bilateral breast carcinoma (SBBC) using multiple techniques

The purpose of this study was to establish intensity-modulated radiation therapy (IMRT) and volumetric-modulated arc therapy (VMAT) treatment plans for synchronous bilateral breast cancer (SBBC) and to compare those plans with the previous treatment plans using 3D conformal radiation therapy (3DCRT). The differences among the treatments were also statistically compared regarding dosimetry distribution and treatment efficiency. The research was conducted with 10 SBBC patients. The study established IMRT (12 fields with a single isocenter) and VMAT (2 partial arcs with a single isocenter) treatment plans for SBBC patients and then compared those plans with 3DCRT (8 fields with multiple isocenters). The plans were evaluated based on a dose-volume histogram analysis. For planning target volumes (PTVs), the mean doses and the values of V_95%, V_105%, conformity index, and homogeneity index were reported. For the organs at risk, the analysis included the mean dose, maximum dose, and V_XGy, depending on the organs (lungs, heart, and liver). To objectively evaluate the efficiency of the treatment plans, each plan's beam times, treatment times (including set-up time), and monitor units were compared. Tukey test and one-way analysis of variance were used to compare the PTV and organs at risk values of the 3 techniques. Additionally, the independent-samples t-test was used to compare the 2 techniques (IMRT and VMAT) based on the values of Rt. PTV and Lt. PTV (p?<?0.05). For PTV dose distribution, IMRT showed increases of approximately 1.2% in D_mean and of approximately 5.7% in V_95% dose distribution compared with 3DCRT. In comparison to VMAT, 3DCRT showed about 3.0% higher dose distribution in D_mean and V_95%. IMRT was the best in terms of conformity index and homogeneity index (p?<?0.05), whereas 3DCRT and VMAT did not significantly differ from each other. In terms of dose distribution on lungs, heart, and liver, the percentage of volume at high doses such as V_30Gy and V_40Gy was approximately 70% lower for IMRT and approximately 40% lower for VMAT than for 3DCRT. For distribution volumes of low doses such as V_5% and V_10%, that for 3DCRT was approximately 60% smaller than for IMRT and approximately 70% smaller than for VMAT. Comparison between IMRT and VMAT showed that the IMRT was superior in all distribution factors. VMAT showed better treatment efficiency than 3DCRT or IMRT. Among the SBBC radiotherapy treatment plans, IMRT was superior to 3DCRT and VMAT in terms of PTV dose distribution, whereas VMAT showed the most outstanding treatment efficiency.     

Dosimetric comparison of TomoDirect,helical tomotherapy,VMAT, and ff-IMRT for upper thoracic esophageal carcinoma

BackgroundThe new TomoDirect (TD) modality offers a nonrotational option with discrete beam angles. We aim to compare dosimetric parameters of TD, helical tomotherapy (HT), volumetric-modulated arc therapy (VMAT), and fixed-field intensity-modulated radiotherapy (ff-IMRT) for upper thoracic esophageal carcinoma (EC).MethodsTwenty patients with cT2-4N0-1M0 upper thoracic esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) were enrolled. Four plans were generated using the same dose objectives for each patient: TD, HT, VMAT with a single arc, and ff-IMRT with 5 fields (5F). The prescribed doses were used to deliver 50.4 Gy/28F to the planning target volume (PTV50.4) and then provided a 9 Gy/5F boost to PTV59.4. Dose-volume histogram (DVH) statistics, dose uniformity, and dose homogeneity were analyzed to compare treatment plans.ResultsFor PTV59.4, the D₂, D₉₈, D_mean, and V_100% values in HT were significantly lower than other plans (all p < 0.05), and those in TD were significantly lower than VMAT and ff-IMRT (all p < 0.05). However, there was no significant difference in the D₂ and D_mean values between VMAT and ff-IMRT techniques (p > 0.05). The homogeneity index (HI) differed significantly for the 4 techniques of TD, HT, VMAT, and ff-IMRT (0.03 ± 0.01, 0.02 ± 0.01, 0.06 ± 0.02, and 0.05 ± 0.01, respectively; p < 0.001). The HI for TD was similar to HT (p = 0.166), and had statistically significant improvement compared to VMAT (p < 0.001) and ff-IMRT (p = 0.003). In comparison with the 4 conformity indices (CIs), there was no significant difference (p > 0.05). For PTV50.4, the D₂ and D_mean values in HT were significantly lower than other plans (all p < 0.05), and those in TD were significantly lower than VMAT and ff-IMRT (all p < 0.05). However, there was no significant difference in the D₂ and D_mean values between VMAT and ff-IMRT techniques (p > 0.05). No D₉₈ and V_100% parameters differed significantly among the 4 treatment types (p > 0.05). HT plans were provided for statistically significant improvement in HI (0.03 ± 0.01) compared to TD plans (0.05 ± 0.01, p = 0.003), VMAT (0.08 ± 0.03, p < 0.001), ff-IMRT (0.08 ± 0.01, p < 0.001). The HI revealed that TD was superior to VMAT and ff-IMRT (p < 0.05). The CI differed significantly for the 4 techniques of TD, HT, VMAT, and ff-IMRT (0.59 ± 0.10, 0.69 ± 0.11, 0.64 ± 0.09, and 0.64 ± 0.11, respectively; p = 0.035). The best CI was yielded by HT. We found no significant difference for the V₅, V₁₀, V₁₅, V₃₀, and the mean lung dose (MLD) among the 4 techniques (all p > 0.05). However, the V₂₀ differed significantly among TD, HT, VMAT, and ff-IMRT (21.50 ± 7.20%, 19.50 ± 5.55%, 17.65 ± 5.45%, and 16.35 ± 5.70%, respectively; p = 0.047). Average V₂₀ for the lungs was significantly improved by the TD plans compared to VMAT (p = 0.047), and ff-IMRT (p = 0.008). The V₅ value of the lung in TD was 49.30 ± 13.01%, lower than other plans, but there was no significant difference (p > 0.05). The D₁ of the spinal cord showed no significant difference among the 4 techniques (p = 0.056).ConclusionsAll techniques are able to provide a homogeneous and highly conformal dose distribution. The TD technique is a good option for treating upper thoracic EC involvement. It could achieve optimal low dose to the lungs and spinal cord with acceptable PTV coverage. HT is a good option as it could achieve quality dose conformality and uniformity, while TD generated superior conformality.