Quantification of dosimetric uncertainties in lung stereotactic body radiation therapy

Abstract

Lung stereotactic body radiation therapy (SBRT) is associated with sources of geometric uncertainties, such as respiratory motion, daily anatomical variations (anatomical baseline shifts between daily and planned position) and the simultaneous movement between the tumor and the multileaf collimator (the so-called interplay effect) during treatment delivery. In this work, several methodologies have been implemented based on deformable image registration to quantify the dosimetric impact of those geometric uncertainties in lung SBRT. These methodologies revealed two main conclusions: First, daily anatomical deviations in patient anatomy generally had a larger dosimetric impact than respiratory motion. Second, the impact of interplay effect could be a concern for highly irregular patient breathing patterns or for long breathing periods, and whether small field size were used for dose conformation purposes. Furthermore, these methodologies developed would be very helpful for clinicians involved in treatment planning and delivery to evaluate treatment robustness against the geometric uncertainties studied in this work.

La radioterapia corporal estereotáctica (SBRT, por sus siglas en inglés) para cáncer de pulmón está asociada a fuentes de incertidumbres geométricas, como pueden ser: el movimiento del tumor por la respiración del paciente, variaciones anatómicas diarias con respecto a la anatomía planificada y el movimiento simultáneo del tumor y del campo de radiación (conocido como ”efecto interplay”) en la administración de la dosis. En el presente trabajo, se han implementado una serie metodologías basadas en registro deformable de imágenes para cuantificar el impacto dosimétrico de dichas incertidumbres. Dichas metodologías revelaron dos conclusiones fundamentales: La primera, que el impacto dosimétrico de las variaciones anatómicas diarias con respecto a la anatomía de planificación, tuvieron un mayor impacto en los tratamientos que el movimiento del tumor por la respiración del paciente. La segunda, que el ”efecto interplay” podría suponer un problema si el paciente tiene un patrón respiratorio muy irregular o de períodos largos, y si se han utilizado campos de radiaciones muy pequeños para conseguir una mayor conformación en la dosis entregada al tumor. Además, las metodologías desarrolladas podrían ser muy útiles en el día a día clínico para evaluar la robustez de los tratamientos frente a las incertidumbres estudiadas en el presente trabajo.