Evaluation of HDR Interstitial Breast Implants Planned by Conventional and Optimized CT-Based Dosimetry Systems with Respect to Dose Homogeneity and Conformality

Recently, the use of brachytherapy for partial breast irradiation has increased significantly. The aim of this study was to make dosimetric comparisons between conventional (CONV) and CT-based optimized dosimetry systems applied to breast implants. 17 patients treated with high-dose-rate (HDR) interstitial brachytherapy were selected for the study. Two patients had two-plane and 15 three-plane implants. Treatment planning was based on conventional two isocentric radiographs and dose point optimization (CONV). For each patient postimplant CT scans were taken, and the target volume (lumpectomy cavity with 1 cm margin) was outlined in all axial slices. The treatment planning was repeated using CT images. The dose distributions were analyzed by dose-volume histograms. To quantify the dose distributions, volume (V90, V100, V150, V200) and dose (D90, Dmin, mean central dose [MCD]) parameters, along with the dose nonuniformity ratio (DNR), dose homogeneity index (DHI), external volume index (EI) and conformal index (COIN) were used. For each implant, three more virtual treatment plans were created using the Paris dosimetry system (PDS), geometrically optimized system (GOS) and conformal system (CONF). Dose and volume parameters were calculated and compared. The median number of catheters amounted to ten (range: 6 to 13) and the average volume of planning target volume to 63.4 cm3 (range: 17.7–122 cm3). The mean target coverage was 70%, 61%, 57% and 87%; the D90 72%, 64%, 60% and 94%; the DNR 0.35, 0.25, 0.25 and 0.55; the EI 0.62, 0.54, 0.08 and 0.15; the COIN 0.40, 0.34, 0.50 and 0.74 for the CONV, PDS, GOS and CONF systems, respectively. With CT-based optimized dose planning the target coverage can be significantly increased compared to the conventional dosimetry systems, but the target dose distribution will be more inhomogeneous. To improve the quality of brachytherapy implants, the image-based three-dimensional information should be used not only for dose plan evaluation, but also previously, for planning the geometry of the catheter positions and performing the insertions. Der Einsatz der Brachytherapie bei der Bestrahlung der Brust hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Ziel dieser Studie ist ein Vergleich zwischen konventionellen (CONV) und CT-gestützten, optimierten Dosimetriesystemen. Für die Studie wurden 17 mit interstitieller High-Dose-Rate-(HDR-)Brachytherapie behandelte Patientinnen ausgewählt. Zwei Patientinnen erhielten Implantate in zwei, drei in drei Ebenen. Die Bestrahlungsplanung erfolgte auf der Basis zweier orthogonaler Röntgenaufnahmen und Dosispunktoptimierung (CONV). Nach der Implantation wurden von allen Patientinnen CT-Bilder angefertigt, und das Zielvolumen (Resektionshöhle mit einem Sicherheitsabstand von 1 cm) wurde auf den axialen Schichten eingezeichnet. Anschließend erfolgte eine erneute Bestrahlungsplanung anhand der CT-Bilder. Die Dosisverteilungen wurden mit Hilfe von Dosis-Volumen-Histogrammen analysiert. Zur Quantifizierung der Dosisverteilungen wurden volumetrische Parameter (V90, V100, V150, V200), Dosisparameter (D90, Dmin, mittlere basale Dosis [MCD]) sowie DNR („dose nonuniformity ratio“), DHI („dose homogeneity index“), EI („external volume index“) und COIN („conformal index“) ermittelt. Für jedes Implantat wurden drei weitere virtuelle Bestrahlungspläne unter Verwendung des Pariser Dosimetriesystems (PDS), des geometrisch optimierten Systems (GOS) und des konformalen Systems (CONF) erstellt. Dosis- und Volumenparameter wurden ermittelt und verglichen. Die mediane Katheterzahl lag bei zehn (6 bis 13), die durchschnittliche Größe des Planungszielvolumens bei 63,4 cm3 (17,7–122 cm3). Das erfasste Zielvolumen betrug im Mittel 70%, 61%, 57% und 87%, die D90 72%, 64%, 60% und 94%, das DNR 0,35, 0,25, 0,25 und 0,55, der EI 0,62, 0,54, 0,08 und 0,15 sowie der COIN 0,40, 0,34, 0,50 und 0,74 für CONV, PDS, GOS and CONF. Im Vergleich zu den konventionellen Dosimetriesystemen wird das Zielvolumen mit der CT-gestützten konformalen Planung deutlich besser erfasst, die Dosishomogenität verschlechtert sich jedoch. Um die Qualität brachytherapeutischer Implantate zu verbessern, sollten die bildgestützten dreidimensionalen Informationen nicht nur zur Dosisspezifikation, sondern auch für die geometrische Planung der Katheteranordnung und die Implantation verwendet werden.