Erken evre küçük hücreli-dışı akciğer kanserinin stereotaktik ablatif tedavisinde tek ve çoklu ark tedavi planlarının dozimetrik olarak karşılaştırılması
Dosimetric comparison of single and multiple arc treatment plans in stereotactic ablative treatment of early stage non-small cell lung cancer
Yazar: SEDA CEYLAN
Danışman: PROF. DR. MERT SAYNAK
Trakya Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Sağlık Fiziği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Onkoloji = Oncology ; Sağlık Eğitimi = Health Education
Dizin: Akciğer hastalıkları = Lung diseases ; Akciğer neoplazmları = Lung neoplasms ; Karsinoma-küçük hücreli olmayan-akciğer = Carcinoma-non small cell-lung ; Neoplazmlar = Neoplasms ; Radyasyon onkolojisi = Radiation oncology ; Radyometri = Radiometry ; Radyoterapi-bilgisayar yardımlı = Radiotherapy-computer assisted ; Radyoterapi-yoğunluk ayarlı = Radiotherapy-intensity-modulated ; Stereotaksik teknikler = Stereotaxic techniques

Özet:
Tıbbi sebeplerle inoperabl, erken evre (T1-2 N0) KHDAK'inin güncel tedavisi stereotaktik ablatif radyoterapidir (SABR). SABR, toraks, batın, pelvis, spinal ve paraspinal bölge yerleşimli primer ve oligometastik lezyonların tedavisinde yüksek tümör kontrol oranları sağlayan etkili bir radyoterapi (RT) tekniğidir. SABR'yi konvansiyonel RT tekniklerinden ayıran en önemli özellik yüksek fraksiyon dozlarının (>5Gy), az sayıda fraksiyon ile (1-12) küçük bir tümör hacmine odaklanarak (genellikle <5 cm) verilmesidir. SABR'de normal doku toksisitesini en aza indirebilmek için, hedefin hemen dışında keskin doz düşüşünün gerçekleşmesi gerekmektedir.
Bu çalışmanın amacı, erken evre küçük hücreli dışı akciğer kanseri (KHDAK) tanılı hastalarda dört farklı SABR tekniğinin (coplanar tek ışın tek-ark, tek ışın iki-ark, iki ışın iki-ark ve non-coplanar iki ışın iki-ark) doz/hacim parametrelerini karşılaştırmaktır.  Bu amaçla erken evre KHDAK'i tanısı ile tedavi edilmiş 20 hastanın BT-sim görüntüleri retrospektif olarak kullanıldı. Her hasta için yeniden hedef hacim ve risk altındaki organ (RAO) konturlamaları yapıldı ve dört ayrı teknik için Monoco Planlama Sistemi (TPS) kullanılarak tedavi planları (60Gy/8fr) oluşturuldu.  Hedef hacmin %98-99'unun 60Gy tam dozu alması için her dört uygulamada da benzer şekilde normalizasyon yapıldı. Seri yapıdaki RAO'ların doz hacim kriterlerine uymak için tüm planlar optimize edildi. Doz-hacim histogramlarından (DVH) faydalanılarak, her planda Dmaks, D95, Dmin değerleri bulunarak gruplar arasında istatistiksel olarak karşılaştırıldı. Ayrıca kalp için Dmaks ve Dort, proksimal bronşiyal ağaç, ösofagus, medulla spinalis, göğüs duvarı ve büyük damarlar için Dmaks, toplam akciğer için V5, V10, V20, Dort, aynı taraf akciğer için Dort, karşı taraf akciğer için ise Dort ve V5 değerleri karşılaştırıldı. Aynı zamanda, monitor unit değerleri ve tedavi süreleri kaydedildi; heterojenite indeksi, konformite indeksi ve gradient indeks değerleri hesaplanarak, bu değerlerin gruplar arasındaki karşılaştırmaları yapıldı. 
Hedef hacim için değerlendirilen, Dmaks, D95 ve Dmin dozları planlar arasında karşılaştırılabilir bulunmuştur. Yalnızca, PTV'nin Dmaks dozu, tek ışın tek ark grubunda tek ışın iki ark grubuna göre istatiksel olarak anlamlı düzeyde büyüktür (p=0,033). Santral yerleşimli risk altındaki organlar için bakılmış olan, proksimal bronşiyal ağaç, ösofagus ve medulla spinalis maksimum doz değerleri non-coplanar iki ışın iki ark uygulamasında coplanar uygulamalara göre anlamlı düzeyde düşüktür. Toplam akciğerin V5 ve V10 değerleri ve karşı taraf akciğerin V5 değerleri, non-coplanar iki ışın iki ark uygulamasında diğer uygulamalara göre istatiksel anlamlılık düzeyinde düşük bulunmuştur. Toplam akciğer V20, Dort; aynı taraf akciğer Dort ve karşı akciğer Dort değerleri açısından, planlar arasında anlamlı fark bulunmamıştır.
Sonuç olarak, Monaco TPS kullanılarak oluşturulan tek ışın tek ark SABR planları iki ark uygulamalara kıyasla daha düşük monitör unit değerleri ve tedavi sürelerine sahiptir. Aslında, tüm planlamalarda genel olarak uygun hedef ve RAO doz-hacim değerleri elde edilmiştir. Non-coplanar SABR planları, daha düşük gradient indeks, RAO maksimum doz ve doz-hacim değerleri elde etmek gerektiğinde kullanılabilir. Özellikle seri dizilimli RAO'lara yakın yerleşimli lezyonların SABR uygulamalarında, non-coplanar teknik bu yapıların maksimum dozlarını düşürmede fayda sağlayabilir. Ancak tek ark SABR planları, erken evre KHDAK'li hastaların tedavisinde genellikle uygun konformite ve gradient indeks değerleri ve hedef hacim ve RAO dozları sağlayabilmekte ve nispeten kısa tedavi süresi ve düşük set-up hatası riski ile uygulanabilmektedir.

Abstract:
The current treatment of medically inoperable early stage NSCLC is stereotactic ablative radiotherapy (SABR). SABR is an effective radiotherapy (RT) technique that provides high tumor control rates in the treatment of primary or oligo-metastatic lesions located in the thorax, abdomen, pelvis, spinal and paraspinal regions. The most important feature that distinguishes SABR from conventional RT techniques is that high fraction doses (> 5Gy) are given with a small number of fractions (1-12 fx), focusing on a small tumor volume (usually <5 cm). In SABR applications, in order to minimize the risk of normal tissue toxicity, a sharp dose reduction is required just beyond the target.
The aim of this study is to compare the dose /volume parameters of four different SABR techniques (coplanar single-beam single-arc, single-beam two-arc, two-beam two-arc ve non-coplanar two-beam two-arc) in patients with early stage non-small cell lung cancer (NSCLC). For this purpose, CT-simulation images of 20 patients with early stage NSCLC were used retrospectively. Target volumes and organs at risk (OAR) were delineated for each patient and then treatment plans (60Gy/8fr) generated by Monoca Treatment Planning System (TPS) were created separately for each different planning techniques. Similar normalization process was performed for all four applications to ensure that 98-99% of the target volume received the full 60Gy dose. At the same time, monitor unit values and treatment times were recorded; heterogeneity index, conformity index and gradient index values were calculated and statistical comparisons of these values were made between the groups. 
All plans were optimized to comply with the dose volume criteria of the serial OARs. Using dose-volume histograms (DVH), Dmax, D95 and Dmin values were found in each plan and these were compared statistically between the groups. Besides, Dmax and Dort doses for the heart; Dmax values for proximal bronchial tree, esophagus, medulla spinalis, chest wall and great vessels; V5, V10, V20, Dort for the total lung; Dort for the ipsilateral lung, Dort and V5 values for the contra-lateral lung were calculated in all groups and compared each other statistically.
The Dmax, D95 and Dmin doses evaluated for target volume were comparable between the plans. Only, the Dmax dose was statistically significantly higher in the single-beam single-arc group than in the single-beam two-arc group (p = 0.033). The proximal bronchial tree, esophagus and medulla spinalis maximum dose values (as centrally located serial organs at risk) were significantly lower in non-coplanar two-beam two-arc application compared to other (coplanar) plans. There was no significant difference between the groups in terms of Dmax values of the chest wall and great vessels. V5 and V10 values of the total lung and V5 values of the contralateral lung were found to be significantly lower in non-coplanar two-beam two-arc applications compared to other applications. V20 and Dort of the total lung, Dort of the ipsilateral lung and Dort of the contralateral lung did not show a significant difference between the plans. 
In conclusion, single-beam single-arc SABR plans created by Monaco TPS had lower monitor unit values and treatment times compared to all two-arc techniques. In fact, with all SABR planning techniques evaluated in our study, generally appropriate target and OAR dose-volume values were obtained. Non-coplanar SABR plans can be used when it is necessary to obtain a lower gradient index, maximum dose and dose-volume values of the OAR's. Especially in SABR applications of lesions located close to serial OARs, non-coplanar technique can be beneficial in reducing the maximum doses of these structures. However, single-arc SABR plans can generally provide appropriate conformity and gradient index values and target volume and OAR doses in the treatment of patients with early stage NSCLC and can be applied with a relatively short treatment time and low risk of set-up errors.