A most appropriate model of 3-D conformal radiotherapy has been induced by clinical evaluation and animal study, and therapeutic gains were evaluated by numerical equation of tumor control probability(TCP) and normal tissue complication probability (NTCP). The radiation dose to the tumor and the adjacent normal organs was accurately evaluated and compared using the dose volume histogram(DVH). The TCP and NTCP was derived from the distribution of given dosage and irradiated volume, and these numbers were used as the biological index for the assessment of the treatment effects. Ten patients with liver disease have been evaluated and 3 dogs were sacrificed for this study. Based on the 3-D images of the tumor and adjacent organs, the optimum radiation dose and the projection direction which could maximize the radiation effect while minimizing the effects to the adjacent organs could be decided. 3). The most effective collimation for the normal adjacent organs was made through the beams eye view with the use of multileaf collimator. When the dose was increased from 50Gy to 70Gy, the TCP for the conventional 2-port radiation and the 5-port multidimensional therapy was 0.982 and 0.995 respectively, while the NTCP was 0.725 and 0.142 respectively, suggesting that the 3-D conformal radiotherapy might be the appropriate therapy to apply sufficient radiation dose to the tumor while minimizing the damages to the normal areas of the liver. Positive correlation was observed between the NTCP and the actual complication of the normal liver in the animal study. The present study suggest that the use of 3-D conformal radiotherapy and the application of the mathematical models of TCP and NTCP may provide the improvements in the treatment of hepatoma with enhanced results.
Purpose : To improve the local control of patients with nasopharyngeal cancer, we have implemented 3-D conformal radiotherapy and forward intensity modulated radiation therapy (IMRT) to used of compensating filters. Three dimension conformal radiotherapy with intensity modulation is a new modality for cancer treatments. We designed 3-D treatment planning with 3-D RTP (radiation treatment planning system) and evaluation dose distribution with tumor control probability (TCP) and normal tissue complication probability (NTCP). Material and Methods : We have developed a treatment plan consisting four intensity modulated photon fields that are delivered through the compensating tilters and block transmission for critical organs. We get a full size CT imaging including head and neck as 3 mm slices, and delineating PTV (planning target volume) and surrounding critical organs, and reconstructed 3D imaging on the computer windows. In the planning stage, the planner specifies the number of beams and their directions including non-coplanar, and the prescribed doses for the target volume and the permissible dose of normal organs and the overlap regions. We designed compensating filter according to tissue deficit and PTV volume shape also dose weighting for each field to obtain adequate dose distribution, and shielding blocks weighting for transmission. Therapeutic gains were evaluated by numerical equation of tumor control probability and normal tissue complication probability. The TCP and NTCP by DVH (dose volume histogram) were compared with the 3-D conformal radiotherapy and forward intensity modulated conformal radiotherapy by compensator and blocks weighting. Optimization for the weight distribution was peformed iteration with initial guess weight or the even weight distribution. The TCP and NTCP by DVH were compared with the 3-D conformal radiotherapy and intensitiy modulated conformal radiotherapy by compensator and blocks weighting. Results : Using a four field IMRT plan, we have customized dose distribution to conform and deliver sufficient dose to the PTV. In addition, in the overlap regions between the PTV and the normal organs (spinal cord, salivary grand, pituitary, optic nerves), the dose is kept within the tolerance of the respective organs. We evaluated to obtain sufficient TCP value and acceptable NTCP using compensating filters. Quality assurance checks show acceptable agreement between the planned and the implemented MLC(multi-leaf collimator). Conclusion : IMRT provides a powerful and efficient solution for complex planning problems where the surrounding normal tissues place severe constraints on the prescription dose. The intensity modulated fields can be efficaciously and accurately delivered using compensating filters.
Chu Sung Sil;Cho Kwang Hwan;Lee Chang Geol;Suh Chang Ok
Radiation Oncology Journal
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v.20
no.1
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pp.41-52
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2002
Purpose : 3D conformal radiotherapy, the optimum dose delivered to the tumor and provided the risk of normal tissue unless marginal miss, was restricted by organ motion. For tumors in the thorax and abdomen, the planning target volume (PTV) is decided including the margin for movement of tumor volumes during treatment due to patients breathing. We designed the respiratory gating radiotherapy device (RGRD) for using during CT simulation, dose planning and beam delivery at identical breathing period conditions. Using RGRD, reducing the treatment margin for organ (thorax or abdomen) motion due to breathing and improve dose distribution for 3D conformal radiotherapy. Materials and Methods : The internal organ motion data for lung cancer patients were obtained by examining the diaphragm in the supine position to find the position dependency. We made a respiratory gating radiotherapy device (RGRD) that is composed of a strip band, drug sensor, micro switch, and a connected on-off switch in a LINAC control box. During same breathing period by RGRD, spiral CT scan, virtual simulation, and 3D dose planing for lung cancer patients were peformed, without an extended PTV margin for free breathing, and then the dose was delivered at the same positions. We calculated effective volumes and normal tissue complication probabilities (NTCP) using dose volume histograms for normal lung, and analyzed changes in doses associated with selected NTCP levels and tumor control probabilities (TCP) at these new dose levels. The effects of 3D conformal radiotherapy by RGRD were evaluated with DVH (Dose Volume Histogram), TCP, NTCP and dose statistics. Results : The average movement of a diaphragm was 1.5 cm in the supine position when patients breathed freely. Depending on the location of the tumor, the magnitude of the PTV margin needs to be extended from 1 cm to 3 cm, which can greatly increase normal tissue irradiation, and hence, results in increase of the normal tissue complications probabiliy. Simple and precise RGRD is very easy to setup on patients and is sensitive to length variation (+2 mm), it also delivers on-off information to patients and the LINAC machine. We evaluated the treatment plans of patients who had received conformal partial organ lung irradiation for the treatment of thorax malignancies. Using RGRD, the PTV margin by free breathing can be reduced about 2 cm for moving organs by breathing. TCP values are almost the same values $(4\~5\%\;increased)$ for lung cancer regardless of increasing the PTV margin to 2.0 cm but NTCP values are rapidly increased $(50\~70\%\;increased)$ for upon extending PTV margins by 2.0 cm. Conclusion : Internal organ motion due to breathing can be reduced effectively using our simple RGRD. This method can be used in clinical treatments to reduce organ motion induced margin, thereby reducing normal tissue irradiation. Using treatment planning software, the dose to normal tissues was analyzed by comparing dose statistics with and without RGRD. Potential benefits of radiotherapy derived from reduction or elimination of planning target volume (PTV) margins associated with patient breathing through the evaluation of the lung cancer patients treated with 3D conformal radiotherapy.
Image-based three dimensional radiation treatment planning(3D RTP) has a potential of generating superior treatment plans. Advances in computer technology and software developments quickly make 3D RTP a feasible choice for routine clinical use. However, it has become clear that an evaluation of a 3D plan is more difficult than a 2D plan. A number of tools have been developed to facilitate the evaluation of 3D RTP both qualitatively and quantitatively. For example, beam's eye view(BEV) is one of the most powerful and time-saving method as a qualitative tools. Dose-volume histogram(DVH) has been proven to be one of the most valuable methods for a quantitative tools. But it has a limitation to evaluate several different plans for biological effects of the tissue and critical organ. Therefore, there is a strong interest in developing quantitative models which would predict the likely biological response of irradiated organs and tissues, such as tumor control probability(TCP) and normal tissue complication probability(NTCP). DVH and NTCP of hepatoma were evaluated for three dimensional conformal radiotherapy(3D CRT). Also, 3D RTP was analysed as a dose optimization based on beam arrangement and beam modulation.
The purpose of this study was to investigate the dose-volume indices and radiobiological indices according to the change in dose calculation grid size during the planning of nasopharyngeal cancer VMAT treatment. After performing the VMAT treatment plan using the 3.0 mm dose calculation grid size, dose calculation from 1.0 mm to 5.0 mm was performed repeatedly to obtain a dose volume histogram. The dose volume index and radiobiological index were evaluated using the obtained dose volume histogram. The smaller the dose calculation grid size, the smaller the mean dose for CTV and the larger the mean dose for PTV. For OAR of spinal cord, brain stem, lens and parotid gland, the mean dose did not show a significant difference according to the change in dose calculation grid size. The smaller the grid size, the higher the conformity of the dose distribution as the CI of the PTV increases. The CI and HI showed the best results at 3.0 mm. The smaller the dose calculation grid size, the higher the TCP of the PTV. The smaller the dose calculation grid size, the lower the NTCP of lens and parotid. As a result, when performing the nasopharynx cancer VMAT plan, it was found that the dose calculation grid size should be determined in consideration of dose volume index, radiobiological index, and dose calculation time. According to the results of various experiments, it was determined that it is desirable to apply a grid size of 2.0 - 3.0 mm.
Park, Su Yeon;Oh, Dongryul;Park, Hee Chul;Kim, Jin Sung;Kim, Jong Sik;Shin, Eun Hyuk;Kim, Hye Young;Jung, Sang Hoon;Han, Youngyih
Progress in Medical Physics
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v.25
no.3
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pp.176-184
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2014
In this study, we compared dose distributions from simultaneously integrated boost (SIB) method versus the RTOG 0631 protocol for spine radiosurgery. Spine radiosurgery plans were performed in five patients with localized spinal metastases from hepatocellular carcinoma. The computed tomography (CT) and T1- and T2-weighted magnetic resonance imaging (MRI) were fused for delineating of GTV and spinal cord. In SIB plan, the clinical target volume (CTV1) was included the whole compartments of the involved spine, while RTOG 0631 protocol defines the CTV2 as the involved vertebral body and both left and right pedicles. The CTV2 includes transverse process and posterior element according to the extent of GTV. The doses were prescribed 18 Gy to GTV and 10 Gy to CTV1 in SIB plan, while the prescription of RTOG 0631 protocol was applied 18 Gy to CTV2. The results of dose-volume histogram (DVH) showed that there were competitive in target coverage, while the doses of spinal cord and other normal organs were lower in SIB method than in RTOG 0631 protocol. The 85% irradiated volume of VB in RTOG 0631 protocol was similar to that in the SIB plan. However, the dose to normal organs in RTOG 0631 had a tendency to higher than that in SIB plan. The SIB plan might be an alternative method in case of predictive serious complications of surrounded normal organs. In conclusion, although both approaches of SIB or RTOG 0631 showed competitive planning results, tumor control probability (TCP) and normal tissue complication probability (NTCP) through diverse clinical researches should be analyzed in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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