Purpose: To investigate the adequacy of three-dimensional (3D) Monte Carlo (MC) optimization (3DMCO) and the potential of four-dimensional (4D) dose renormalization (4DMCrenorm) and optimization (4DMCO) for CyberKnife (Accuray Inc., Sunnyvale, CA) radiotherapy planning in lung cancer.
Materials and methods: For 20 lung tumors, 3DMCO and 4DMCO plans were generated with planning target volume (PTV5 mm) = gross tumor volume (GTV) plus 5 mm, assuming 3 mm for tracking errors (PTV3 mm) and 2 mm for residual organ deformations. Three fractions of 60 Gy were prescribed to ≥ 95 % of the PTV5 mm. Each 3DMCO plan was recalculated by 4D MC dose calculation (4DMCrecal) to assess the dosimetric impact of organ deformations. The 4DMCrecal plans were renormalized (4DMCrenorm) to 95 % dose coverage of the PTV5 mm for comparisons with the 4DMCO plans. A 3DMCO plan was considered adequate if the 4DMCrecal plan showed ≥ 95 % of the PTV3 mm receiving 60 Gy and doses to other organs at risk (OARs) were below the limits.
Results: In seven lesions, 3DMCO was inadequate, providing < 95 % dose coverage to the PTV3 mm. Comparison of 4DMCrecal and 3DMCO plans showed that organ deformations resulted in lower OAR doses. Renormalizing the 4DMCrecal plans could produce OAR doses higher than the tolerances in some 4DMCrenorm plans. Dose conformity of the 4DMCrenorm plans was inferior to that of the 3DMCO and 4DMCO plans. The 4DMCO plans did not always achieve OAR dose reductions compared to 3DMCO and 4DMCrenorm plans.
Conclusion: This study indicates that 3DMCO with 2 mm margins for organ deformations may be inadequate for Cyberknife-based lung stereotactic body radiotherapy (SBRT). Renormalizing the 4DMCrecal plans could produce degraded dose conformity and increased OAR doses; 4DMCO can resolve this problem.
Hintergrund: Untersucht wurde die Angemessenheit einer dreidimensionalen (3-D) Monte-Carlo(MC)-Optimierung (3DMCO) und das Potenzial von vierdimensionaler (4-D) Dosisrenormierung (4DMCrenorm) und -optimierung (4DMCO) für die CyberKnife-Bestrahlungsplanung von Lungentumoren.
Methoden und Materialien: 3DMCO- und 4DMCO-Pläne wurden für 20 Lungentumoren erstellt, wobei das Planungszielvolumen (PTV5 mm) als makroskopisches Tumorvolumen (GTV) plus 5 mm unter der Annahme definiert wurde, dass 3 mm zur Berücksichtigung des Trackingfehlers (PTV3 mm) und 2 mm für residuale Organdeformationen (PTV2 mm) ausreichen. Verschrieben wurden 60 Gy/3 Fraktionen auf mindestens 95 % des PTV5 mm. Für jeden 3DMCO-Plan wurde eine 4-D-MC-Dosisberechnung (4DMCrecal) durchgeführt, um die dosimetrischen Auswirkungen von Organdeformationen zu beurteilen. Die 4DMCrecal-Pläne wurden zum Vergleich mit den 4DMCO-Plänen auf 95 %ige Abdeckung des PTV5mmmit der verschriebenen Isodosis renormiert (4DMCrenorm). 3DMCO wurde als angemessenen angesehen, wenn für den 4DMCrecal-Plan ≥ 95 % des PTV3mm60 Gy erhielten und für die Risikoorgane (OAR) gegebene Dosisgrenzwerte eingehalten wurden.
Ergebnisse: 3DMCO war für 7 Läsionen mit < 95 % PTV3 mm-Dosisabdeckung unzureichend. Organdeformationen führten im Vergleich von 4DMCrecal mit 3DMCO zudem zu niedrigeren OAR-Dosiswerten. Eine Renormierung der 4DMCrecal-Pläne könnte dann zu Überschreitungen der OAR-Toleranzen für zumindest einige 4DMCrenorm-Pläne führen. Die Dosiskonformität der 4DMCrenorm-Pläne war geringer als die der 3DMCO- und 4DMCO-Pläne. Im Vergleich zu 3DMCO und 4DMCrenorm führte 4DMCO nicht immer zu einer Dosisreduktion in den OAR.
Schlussfolgerungen: 3DMCO mit 2 mm Sicherheitssaum für Organdeformationen kann unangemessen für die CyberKnife-basierte Lungen-SBRT sein. Die Renormierung der 4DMCrecal-Pläne kann zu reduzierter Dosiskonformität und erhöhten Risikoorgandosen führen. 4DMCO kann dieses Problem lösen.