Comparación radiobiológica y dosimétrica con VMAT en cáncer de próstata para esquema convencional vs hipofraccionamiento moderado

Abstract

Radiotherapy treatment plans are normally evaluated from the dose-volume histogram. However, it is advisable to consider other evaluation criteria based on radiobiological indices to compare treatment schemes. In this study, advantages and disadvantages of a conventional scheme of 2 Gy per fraction (Con2) and moderate hypofractionation of 2.5 Gy (Hip - m2.5) and 3 Gy (Hip - m3) per fraction were determined in terms of radiobiological indices and dosimetric measurements for prostate cancer plans with the volumetric modulated arc therapy (VMAT) technique.

A set of 10 intermediate-risk prostate cancer cases were selected and planned in the EclipseTM treatment planning system using two arcs. Nimierko's radiobiological model was used to calculate the generalized equivalent uniform dose (gEUD) and consequently the tumor control probability (TCP) and the normal tissue complication probability (NTCP). The dose distributions of all cases for each treatment scheme were measured with the ArcCHECK® detector and compared quantitatively with those calculated using γ index analysis with 3 mm / 3% criteria.

For the prostate tumor, the average gEUD was higher for the Hip-m2.5 scheme, 85.52 Gy, versus 83.24 Gy for the Hip-m3 scheme and 81.86 Gy for the Hip-m2 scheme; while the TCP for the three schemes were comparable: 98.81%, 98.67% and 98.58% respectively. In organs at risk such as the rectum, the smallest average value of gEUD and NTCP was obtained for the Hip - m3 scheme (53.56 Gy; 0.19%), in femoral heads and bladder the values ​​of gEUD and NTCP were equivalent for the three fractionation schemes; However, for bladders with small volumes, the Hip − m3 scheme decreased the NTCP up to an order of magnitude with respect to the Con2 scheme. Furthermore, it was determined that the gEUD is inversely proportional to the square root of the bladder volume. Finally, with the γ analysis of each of the plans, it was found that there are no differences in the administration of the treatment with the VMAT technique for the three fractionation schemes studied.

The results indicated that the change in the fractionation scheme has no impact on the administration of the treatment with the VMAT technique. TCP for prostate tumor and NTCP for femoral heads and bladder were comparable for the three schemes, however it was found that the hypofractionated scheme of 3 Gy per fraction has advantages in reducing the risk of complication in the rectum and decrease the NTCP for bladders with small volumes. The results obtained are in agreement with those reported in the CHHiP 2016 and PROFIT 2017 clinical trials.

Los planes de tratamiento en radioterapia son evaluados normalmente a partir del histograma dosis-volumen. Sin embargo, es recomendable considerar otros criterios de evaluación basados en índices radiobiológicos para comparar esquemas de tratamiento. En este estudio se determinaron ventajas y desventajas de un esquema convencional de 2 Gy por fracción (Con2) y de hipofraccionamiento moderado de 2.5 Gy (Hip − m2.5) y 3 Gy (Hip − m3) por fracción en términos de índices radiobiológicos y medidas dosimétricas para planes de cáncer de próstata con la técnica de arcoterapia volumétrica modulada (VMAT).

Se seleccionaron 10 casos de cáncer de próstata de riesgo intermedio, los cuales se planearon en el sistema de planeación de tratamiento EclipseTM empleando dos arcos. El modelo radiobiólogico de Nimierko fue utilizado para calcular la dosis uniforme equivalente generalizada (gEUD) y consecuentemente la probabilidad de control tumoral (TCP) y la probabilidad de complicación del tejido sano (NTCP). Las distribuciones de dosis de todos los casos para cada esquema de tratamiento se midieron con el detector ArcCHECK® y compararon cuantitativamente con las calculadas usando el análisis del índice γ con criterios de 3 mm/3%.

Para el tumor de próstata la gEUD promedio fue más alta para el esquema de Hip − m2.5 85.52 Gy contra 83.24 Gy para el esquema Hip−m3 y 81.86 Gy para el esquema de Hip−m2; mientras la TCP para los tres esquemas fueron comparables: 98.81%, 98.67% y 98.58% respectivamente. En los órganos a riesgo como el recto, el valor promedio más pequeño de gEUD y NTCP se obtuvo para el esquema de Hip − m3 (53.56 Gy; 0.19%), en cabezas femorales y vejiga los valores de la gEUD y NTCP fueron equivalentes para los tres esquemas de fraccionamiento; sin embargo para vejigas con volúmenes pequeños el esquema de Hip−m3 disminuyó hasta un orden de magnitud la NTCP con respecto al esquema Con2 . Además, se determinó que la gEUD es inversamente proporcional a la raíz cuadrada del volumen de la vejiga. Finalmente con el análisis γ de cada uno de los planes, se encontró que no hay diferencias en la administración del tratamiento con la técnica VMAT para los tres esquemas de fraccionamiento estudiados.

Los resultados indicaron que el cambio de esquema de fraccionamiento, no tiene impacto en la administración del tratamiento con la técnica VMAT. La TCP para el tumor de próstata y NTCP para cabezas femorales y vejiga fueron comparables para los tres esquemas, sin embargo se encontró que el esquema hipofraccionado de 3 Gy por fracción tiene ventajas en la reducción del riesgo de complicación en el recto y disminución en la NTCP para vejigas con volúmenes pequeños. Los resultados obtenidos están en concordancia con los reportados en los estudios clínicos CHHiP 2016 y PROFIT 2017.