Stereotactic body radiation therapy in stage I inoperable lung cancer: from palliative to curative options.

Surgery has historically been the standard of care for operable stage I non-small cell lung cancer (NSCLC). However, nearly one-quarter of patients with stage I NSCLC will not undergo surgery because of medical comorbidity or other factors. Stereotactic ablative radiotherapy (SABR) is the new standard of care for these patients. SABR offers high local tumour control rates rivalling the historical results of surgery and is generally well tolerated by patients with both peripheral and centrally located tumours. This article reviews the history of SABR for stage I NSCLC, summarises the currently available data on efficacy and toxicity, and describes some of the currently controversial aspects of this treatment.

Stereotactic body radiation therapy with helical tomotherapy for medical inoperable early-stage primary and second-primary non-small cell lung neoplasm : one-year outcome and toxicity analysis

Le cancer du poumon est la première cause de mortalité associée au cancer dans le monde. Le traitement curatif des tumeurs pulmonaires non-à-petites-cellules (NSCLC) diagnostiquées à un stade précoce se base sur une approche chirurgicale. Cependant, étant donné les comorbidités liées à la consommation de tabac, dont la bronchopneumopathie chronique occupe la première place, l'éligibilité chirurgicale pour ce type de cancer se trouve fréquemment limitée. Dans ce contexte, l'emploi de la radiothérapie stéréotaxique (SBRT) est une alternative valable chez les patients atteints d'un NSCLC primaire de stade précoce, et qui sont considérés inopérables à cause de leurs comorbidités. Depuis peu seulemement, le spectre de la SBRT a été élargi aux patients atteints d'un deuxième NSCLC primaire (SPLC), faisant suite à un premier NSCLC, traité avec un but curatif. Ils concernent donc des patients ayant déjà subits une intervention chirurgicale au préalable et qui présentent une réserve fonctionnelle pulmonaire extrêmement réduite. Le succès croissant de la SBRT résulte soit d'une efficacité thérapeutique comparables à la chirurgie, soit de sa toxicité qui semble limitée. À notre connaissance, seulement une étude a reporté des issues cliniques de patients affectés par des NSCLC primaires traités par SBRT. Cette dernière a utilisé la tomothérapie comme système d'irradiation (T-SBRT), sur un faible échantillon de patients (n = 27). Concernant l'irradiation des patients présentant des SPLC, la littérature disponible est pauvre et aucune publication a décrit l'utilisation de la T-SBRT. Ces éléments innovants ont donc motivé la rédaction d'un travail de thèse concernant les premières données cliniques de l'expérience faite au CHUV. Du point de vue des effets secondaires, si la pneumonie actinique précoce et tardive survenant au niveau du champ d'irradiation est désormais une complication iatrogène bien connue de la SBRT, une seule étude s'est intéressée à ce sujet dans le cadre de la T-SBRT. De plus, une entité bénigne et transitoire de pneumonie ( ?) a été reconnue depuis peu : la pneumonie organisée radio-induite (OP). Celle-ci semble se chevaucher comme un autre effet iatrogène à l'extérieur du champ d'irradiation. Originellement, cette dernière avait été rapportée dans les suites de la radiothérapie pour les cancer du sein. Elle a été décrite comme étant initialement limitée au champ d'irradiation et successivement pouvant s'étendre dynamiquement en dehors de celui-ci. Nous avons donc supposé que des infiltrats de OP peuvent être présents chez des patients asymptomatiques, et que ce dynamisme pourrait être identifié déjà au sein du champ d'irradiation. Notre étude a démontré que le traitement par T-SBRT garde des issues cliniques très encourageantes, aussi bien pour les tumeurs primaires que pour les SPLC. Entre autre, ce traitement semble avoir une toxicité limitée, et l'existence vraisemblable de la OP, déjà au sein du champ d'irradiation, peut aider les radiologues à différencier les infiltrats radio-induits d'une une récidive tumorale.

Thoracic target volume delineation using various maximum-intensity projection computed tomography image sets for stereotactic body radiation therapy

The motion of lung tumors during respiration makes the accurate delivery of radiation therapy to the thorax difficult because it increases the uncertainty of target position. The adoption of four-dimensional computed tomography (4D-CT) has allowed us to determine how a tumor moves with respiration for each individual patient. Using information acquired during a 4D-CT scan, we can define the target, visualize motion, and calculate dose during the planning phase of the radiotherapy process. One image data set that can be created from the 4D-CT acquisition is the maximum-intensity projection (MIP). The MIP can be used as a starting point to define the volume that encompasses the motion envelope of the moving gross target volume (GTV). Because of the close relationship that exists between the MIP and the final target volume, we investigated four MIP data sets created with different methodologies (3 using various 4D-CT sorting implementations, and one using all available cine CT images) to compare target delineation. It has been observed that changing the 4D-CT sorting method will lead to the selection of a different collection of images; however, the clinical implications of changing the constituent images on the resultant MIP data set are not clear. There has not been a comprehensive study that compares target delineation based on different 4D-CT sorting methodologies in a patient population. We selected a collection of patients who had previously undergone thoracic 4D-CT scans at our institution, and who had lung tumors that moved at least 1 cm. We then generated the four MIP data sets and automatically contoured the target volumes. In doing so, we identified cases in which the MIP generated from a 4D-CT sorting process under-represented the motion envelope of the target volume by more than 10% than when measured on the MIP generated from all of the cine CT images. The 4D-CT methods suffered from duplicate image selection and might not choose maximum extent images. Based on our results, we suggest utilization of a MIP generated from the full cine CT data set to ensure a representative inclusive tumor extent, and to avoid geometric miss.

Comparison of quality of life after stereotactic body radiotherapy and surgery for early-stage prostate cancer

Background: As the long-term efficacy of stereotactic body radiation therapy (SBRT) becomes established and other prostate cancer treatment approaches are refined and improved, examination of quality of life (QOL) following prostate cancer treatment is critical in driving both patient and clinical treatment decisions. We present the first study to compare QOL after SBRT and radical prostatectomy, with QOL assessed at approximately the same times pre- and post-treatment and using the same validated QOL instrument. Methods: Patients with clinically localized prostate cancer were treated with either radical prostatectomy (n = 123 Spanish patients) or SBRT (n = 216 American patients). QOL was assessed using the Expanded Prostate Cancer Index Composite (EPIC) grouped into urinary, sexual, and bowel domains. For comparison purposes, SBRT EPIC data at baseline, 3 weeks, 5, 11, 24, and 36 months were compared to surgery data at baseline, 1, 6, 12, 24,and 36 months. Differences in patient characteristics between the two groups were assessed using Chi-squared tests for categorical variables and t-tests for continuous variables. Generalized estimating equation (GEE) models were constructed for each EPIC scale to account for correlation among repeated measures and used to assess the effect of treatment on QOL. Results: The largest differences in QOL occurred in the first 16 months after treatment, with larger declines following surgery in urinary and sexual QOL as compared to SBRT, and a larger decline in bowel QOL following SBRT as compared to surgery. Long-term urinary and sexual QOL declines remained clinically significantly lower for surgery patients but not for SBRT patients. Conclusions: Overall, these results may have implications for patient and physician clinical decision making which are often influenced by QOL. These differences in sexual, urinary and bowel QOL should be closely considered in selecting the right treatment, especially in evaluating the value of non-invasive treatments, such as SBRT.

Comparison of quality of life after stereotactic body radiotherapy and surgery for early-stage prostate cancer

Background: As the long-term efficacy of stereotactic body radiation therapy (SBRT) becomes established and other prostate cancer treatment approaches are refined and improved, examination of quality of life (QOL) following prostate cancer treatment is critical in driving both patient and clinical treatment decisions. We present the first study to compare QOL after SBRT and radical prostatectomy, with QOL assessed at approximately the same times pre- and post-treatment and using the same validated QOL instrument. Methods: Patients with clinically localized prostate cancer were treated with either radical prostatectomy (n = 123 Spanish patients) or SBRT (n = 216 American patients). QOL was assessed using the Expanded Prostate Cancer Index Composite (EPIC) grouped into urinary, sexual, and bowel domains. For comparison purposes, SBRT EPIC data at baseline, 3 weeks, 5, 11, 24, and 36 months were compared to surgery data at baseline, 1, 6, 12, 24,and 36 months. Differences in patient characteristics between the two groups were assessed using Chi-squared tests for categorical variables and t-tests for continuous variables. Generalized estimating equation (GEE) models were constructed for each EPIC scale to account for correlation among repeated measures and used to assess the effect of treatment on QOL. Results: The largest differences in QOL occurred in the first 1-6 months after treatment, with larger declines following surgery in urinary and sexual QOL as compared to SBRT, and a larger decline in bowel QOL following SBRT as compared to surgery. Long-term urinary and sexual QOL declines remained clinically significantly lower for surgery patients but not for SBRT patients. Conclusions: Overall, these results may have implications for patient and physician clinical decision making which are often influenced by QOL. These differences in sexual, urinary and bowel QOL should be closely considered in selecting the right treatment, especially in evaluating the value of non-invasive treatments, such as SBRT.

Cost-effectiveness analysis of stereotactic body radiotherapy and radiofrequency ablation for medically inoperable liver metastases from colorectal cancer

This report describes the development of a Markov model for comparing percutaneous radiofrequency ablation (RFA) and stereotactic body radiation therapy (SBRT) in terms of their cost-utility in treating isolated liver metastases from colorectal cancer. The model is based on data from multiple retrospective and prospective studies, available data on different utility states associated with treatment and complications, as well as publicly available Medicare costs. The purpose of this report is to establish a well-justified model for clinical management decisions. In comparison with SBRT, RFA is the most cost-effective treatment for this patient population. From the societal perspective, SBRT may be an acceptable alternative with an ICER of $28,673/QALY. ^

Simulación Monte Carlo de las dosis en tumores de pulmón en tratamientos de radioterapia estereotáxica extracraneal

Estudio elaborado a partir de una estancia en el Karolinska University Hospital, Suecia, entre marzo y junio del 2006. En la radioterapia estereotáxica extracraneal (SBRT) de tumores de pulmón existen principalmente dos problemas en el cálculo de la dosis con los sistemas de planificación disponibles: la precisión limitada de los algoritmos de cálculo en presencia de tejidos con densidades muy diferentes y los movimientos debidos a la respiración del paciente durante el tratamiento. El objetivo de este trabajo ha sido llevar a cabo la simulación con el código Monte Carlo PENELOPE de la distribución de dosis en tumores de pulmón en casos representativos de tratamientos con SBRT teniendo en cuenta los movimientos respiratorios y su comparación con los resultados de varios planificadores. Se han estudiado casos representativos de tratamientos de SBRT en el Karolinska University Hospital. Los haces de radiación se han simulado mediante el código PENELOPE y se han usado para la obtención de los resultados MC de perfiles de dosis. Los resultados obtenidos para el caso estático (sin movimiento respiratorio ) ponen de manifiesto que, en comparación con la MC, la dosis (Gy/MU) calculada por los planificadores en el tumor tiene una precisión del 2-3%. En la zona de interfase entre tumor y tejido pulmonar los planificadores basados en el algoritmo PB sobrestiman la dosis en un 10%, mientras que el algoritmo CC la subestima en un 3-4%. Los resultados de la simulación mediante MC de los movimientos respiratorios indican que los resultados de los planificadores son suficientemente precisos en el tumor, aunque en la interfase hay una mayor subestimación de la dosis en comparación con el caso estático. Estos resultados son compatibles con la experiencia clínica adquirida durante 15 años en el Karolinska University Hospital. Los resultados se han publicado en la revista Acta Oncologica.

Radiothérapie asservie à la respiration en combinaison avec l'utilisation d'un faisceau sans filtre égalisateur

La radiothérapie stéréotaxique corporelle (SBRT) est une technique couramment employée pour le traitement de tumeurs aux poumons lorsque la chirurgie n’est pas possible ou refusée par le patient. Une complication de l’utilisation de cette méthode provient du mouvement de la tumeur causé par la respiration. Dans ce contexte, la radiothérapie asservie à la respiration (RGRT) peut être bénéfique. Toutefois, la RGRT augmente le temps de traitement en raison de la plus petite proportion de temps pour laquelle le faisceau est actif. En utilisant un faisceau de photons sans filtre égalisateur (FFF), ce problème peut être compensé par le débit de dose plus élevé d’un faisceau FFF. Ce mémoire traite de la faisabilité d’employer la technique de RGRT en combinaison avec l’utilisation un faisceau FFF sur un accélérateur Synergy S (Elekta, Stockholm, Suède) avec une ceinture pneumatique, le Bellows Belt (Philips, Amsterdam, Pays-Bas), comme dispositif de suivi du signal respiratoire. Un Synergy S a été modifié afin de pouvoir livrer un faisceau 6 MV FFF. Des mesures de profils de dose et de rendements en profondeur ont été acquises en cuve à eau pour différentes tailles de champs. Ces mesures ont été utilisées pour créer un modèle du faisceau 6 MV FFF dans le système de planification de traitement Pinnacle3 de Philips. Les mesures ont été comparées au modèle à l’aide de l’analyse gamma avec un critère de 2%, 2 mm. Par la suite, cinq plans SBRT avec thérapie en arc par modulation volumétrique (VMAT) ont été créés avec le modèle 6 MV du Synergy S, avec et sans filtre. Une comparaison des paramètres dosimétriques a été réalisée entre les plans avec et sans filtre pour évaluer la qualité des plans FFF. Les résultats révèlent qu’il est possible de créer des plans SBRT VMAT avec le faisceau 6 MV FFF du Synergy S qui sont cliniquement acceptables (les crières du Radiation Therapy Oncology Group 0618 sont respectés). Aussi, une interface physique de RGRT a été mise au point pour remplir deux fonctions : lire le signal numérique de la ceinture pneumatique Bellows Belt et envoyer une commande d’irradiation binaire au linac. L’activation/désactivation du faisceau du linac se fait par l’entremise d’un relais électromécanique. L’interface comprend un circuit électronique imprimé fait maison qui fonctionne en tandem avec un Raspberry Pi. Un logiciel de RGRT a été développé pour opérer sur le Raspberry Pi. Celui-ci affiche le signal numérique du Bellows Belt et donne l’option de choisir les limites supérieure et inférieure de la fenêtre d’irradiation, de sorte que lorsque le signal de la ceinture se trouve entre ces limites, le faisceau est actif, et inversement lorsque le signal est hors de ces limites. Le logiciel envoie donc une commande d’irradiation au linac de manière automatique en fonction de l’amplitude du signal respiratoire. Finalement, la comparaison entre la livraison d’un traitement standard sans RGRT avec filtre par rapport à un autre plan standard sans RGRT sans filtre démontre que le temps de traitement en mode FFF est réduit en moyenne de 54.1% pour un arc. De la même manière, la comparaison entre la livraison d’un traitement standard sans RGRT avec filtre par rapport à un plan de RGRT (fenêtre d’irradiation de 75%) sans filtre montre que le temps de traitement de RGRT en mode FFF est réduit en moyenne de 27.3% par arc. Toutefois, il n’a pas été possible de livrer des traitements de RGRT avec une fenêtre de moins de 75%. Le linac ne supporte pas une fréquence d’arrêts élevée.

Utilisation d’agrafes chirurgicales dans le suivi de tumeurs hépatiques appliquée à des traitements de radiochirurgie stéréotaxique par CyberKnife

Des avancements récents dans le domaine de la radiothérapie stéréotaxique permettent à un nombre grandissant de patients de recevoir un traitement non-invasif pour le cancer du foie. L’une des méthodes utilisées consiste à suivre le mouvement de la tumeur à l’aide de marqueurs radio-opaques insérés dans le foie grâce au système de suivi de l’appareil de traitement CyberKnife. Or, l’insertion de ces marqueurs est parfois trop invasive pour certains patients souffrant de maladie du foie avancée. Ces patients ont souvent un historique de chirurgie qui permet d’utiliser les agrafes chirurgicales déjà présentes dans leur foie dans le but de suivre leur tumeur. Cette nouvelle approche au traitement des tumeurs du foie est investiguée dans cette étude afin d’en déterminer les paramètres optimaux pour une meilleure pratique thérapeutique. L’expérimentation sur fantôme anthropomorpique a permis de conclure que le contraste des agrafes dans leur milieu augmente lors de l’augmentation des paramètres d’imagerie (kilovoltage et milliampérage de l’appareil de radiographie). D’autre part, l’erreur commise par le système CyberKnife dans l’identification des agrafes pour le suivi a été mesurée comme étant supérieure à celle sur l’emplacement des marqueurs radiologiques de platine (environ 1 mm contre moins de 1 mm). Cette erreur est considérée comme acceptable dans le contexte de ce type de traitement particulier. Enfin, une analyse gamma de l’impact dosimétrique du suivi par agrafes a montré qu’il était approximativement équivalent à celui par marqueurs de platine. De ces observations on conclue que le traitement des tumeurs du foie avec suivi des agrafes chirurgicales est valide et peut être amélioré suivant certaines recommandations cliniques.

BENCHMARKING AND IMPLEMENTATION OF A NEW INDEPENDENT MONTE CARLO DOSE CALCULATION QUALITY ASSURANCE AUDIT TOOL FOR CLINICAL TRIALS

Introduction Commercial treatment planning systems employ a variety of dose calculation algorithms to plan and predict the dose distributions a patient receives during external beam radiation therapy. Traditionally, the Radiological Physics Center has relied on measurements to assure that institutions participating in the National Cancer Institute sponsored clinical trials administer radiation in doses that are clinically comparable to those of other participating institutions. To complement the effort of the RPC, an independent dose calculation tool needs to be developed that will enable a generic method to determine patient dose distributions in three dimensions and to perform retrospective analysis of radiation delivered to patients who enrolled in past clinical trials. Methods A multi-source model representing output for Varian 6 MV and 10 MV photon beams was developed and evaluated. The Monte Carlo algorithm, know as the Dose Planning Method (DPM), was used to perform the dose calculations. The dose calculations were compared to measurements made in a water phantom and in anthropomorphic phantoms. Intensity modulated radiation therapy and stereotactic body radiation therapy techniques were used with the anthropomorphic phantoms. Finally, past patient treatment plans were selected and recalculated using DPM and contrasted against a commercial dose calculation algorithm. Results The multi-source model was validated for the Varian 6 MV and 10 MV photon beams. The benchmark evaluations demonstrated the ability of the model to accurately calculate dose for the Varian 6 MV and the Varian 10 MV source models. The patient calculations proved that the model was reproducible in determining dose under similar conditions described by the benchmark tests. Conclusions The dose calculation tool that relied on a multi-source model approach and used the DPM code to calculate dose was developed, validated, and benchmarked for the Varian 6 MV and 10 MV photon beams. Several patient dose distributions were contrasted against a commercial algorithm to provide a proof of principal to use as an application in monitoring clinical trial activity.

Intensity modulated radiation therapy or stereotactic fractionated radiotherapy for infratentorial ependymoma in children: a multicentric study.

This study was to evaluate the treatment dosimetry, efficacy and toxicity of intensity modulated radiation therapy (IMRT) and fractionated stereotactic radiotherapy (FSRT) in the management of infratentorial ependymoma. Between 1999 and 2007, seven children (median age, 3.1 years) with infratentorial ependymoma were planned with either IMRT (3 patients) or SFRT (4 patients), the latter after conventional posterior fossa irradiation. Two children underwent gross total resection. Median prescribed dose was 59.4 Gy (range, 55.8-60). The median follow-up for surviving patients was 4.8 years (range, 1.3-8). IMRT (median dose, 59.4 Gy) and FSRT (median dose, 55.8 Gy) achieved similar optimal target coverage. Percentages of maximum doses delivered to the cochleae (59.5 vs 85.0% Gy; P = 0.05) were significantly inferior with IMRT, when compared to FSRT planning. Percentages of maximum doses administered to the pituitary gland (38.2 vs 20.1%; P = 0.05) and optic chiasm (38.1 vs 14.1%; P = 0.001) were, however, significantly higher with IMRT, when compared to FSRT planning. No recurrences were observed at the last follow-up. The estimated 3-year progression-free survival and overall survival were 87.5 and 100%, respectively. No grade >1 acute toxicity was observed. Two patients presented late adverse events (grade 2 hypoacousia) during follow-up, without cognitive impairment. IMRT or FSRT for infratentorial ependymomas is effective and associated with a tolerable toxicity level. Both treatment techniques were able to capitalize their intrinsic conformal ability to deliver high-dose radiation. Larger series of patients treated with these two modalities will be necessary to more fully evaluate these delivery techniques.

Stereotactic body radiotherapy with helical TomoTherapy for medically inoperable early stage primary and second-primary non-small-cell lung neoplasm: 1-year outcome and toxicity analysis.

OBJECTIVE: This study investigated the effectiveness of stereotactic body radiotherapy with helical TomoTherapy (T-SBRT) for treating medically inoperable primary and second-primary early stage non-small-cell lung neoplasm (SPLN) and evaluated whether the movement of organizing pneumonia (OP) within the irradiation field (IF) can be detected via analysis of radiological changes. METHODS: Patients (n = 16) treated for 1 year (2011-12) at our hospital by T-SBRT at a total dose of 60 Gy in five fractions were examined retrospectively. Outcome and toxicity were recorded and were separately described for SPLN. CT scans were reviewed by a single radiologist. RESULTS: Of the 16 patients, 5 (31.3%) had primary lung malignancies, 10 (62.5%) had SPLN, and 1 case (6.3%) had isolated mediastinal metastasis of lung neoplasm. Pathological evidence was obtained for 72.2% of all lesions. The median radiological follow-up was 11 months (10.5 months for SPLN). For all cases, the 6- and 12-month survival rates were 100% and 77.7% (100% and 71.4%, respectively, for SPLN), and the 6- and 12-month locoregional control rates were 100% in all cases. 2 (12.5%) of 16 patients developed grade 3 late transient radiation pneumonitis following steroid therapy and 1 (6.3%) presented asymptomatic infiltrates comparable to OP opacities. CONCLUSION: T-SBRT seems to be safe and effective. ADVANCES IN KNOWLEDGE: Mild OP is likely associated with radiation-induced anomalies in the IF, identification of migrating opacities can help discern relapse of radiation-induced opacities.

Intensity modulated radiation therapy or stereotactic fractionated radiotherapy for infratentorial ependymoma in children: a multicentric study

This study was to evaluate the treatment dosimetry, efficacy and toxicity of intensity modulated radiation therapy (IMRT) and fractionated stereotactic radiotherapy (FSRT) in the management of infratentorial ependymoma. Between 1999 and 2007, seven children (median age, 3.1 years) with infratentorial ependymoma were planned with either IMRT (3 patients) or SFRT (4 patients), the latter after conventional posterior fossa irradiation. Two children underwent gross total resection. Median prescribed dose was 59.4 Gy (range, 55.8-60). The median follow-up for surviving patients was 4.8 years (range, 1.3-8). IMRT (median dose, 59.4 Gy) and FSRT (median dose, 55.8 Gy) achieved similar optimal target coverage. Percentages of maximum doses delivered to the cochleae (59.5 vs 85.0% Gy; P = 0.05) were significantly inferior with IMRT, when compared to FSRT planning. Percentages of maximum doses administered to the pituitary gland (38.2 vs 20.1%; P = 0.05) and optic chiasm (38.1 vs 14.1%; P = 0.001) were, however, significantly higher with IMRT, when compared to FSRT planning. No recurrences were observed at the last follow-up. The estimated 3-year progression-free survival and overall survival were 87.5 and 100%, respectively. No grade >1 acute toxicity was observed. Two patients presented late adverse events (grade 2 hypoacousia) during follow-up, without cognitive impairment. IMRT or FSRT for infratentorial ependymomas is effective and associated with a tolerable toxicity level. Both treatment techniques were able to capitalize their intrinsic conformal ability to deliver high-dose radiation. Larger series of patients treated with these two modalities will be necessary to more fully evaluate these delivery techniques.