Impacte dels canvis anatòmics sobre la distribució de dosi en els pacients amb càncer de cap i coll tractats amb 3DCRT i IMRT

Abstract

En aquesta tesi s’estudien les implicacions dosimètriques que comporten els canvis anatòmics que pateixen els pacients afectats de càncer de cap i coll (CCC) durant el tractament de radioteràpia (RT). L’estudi es realitza per a la tècnica convencional conformada en 3D (3DCRT) i per a la tècnica amb feixos d’intensitat modulada (IMRT). S’analitzen un nombre important d’òrgans de risc que no han estat estudiats prèviament. Addicionalment, per al grup de pacients tractats amb IMRT, s’investiguen de forma individualitzada les variables dosimètriques que presenten desviacions importants. Finalment es valora si la replanificació del tractament és un bona eina per restablir les característiques dosimètriques de la planificació inicial. En l’estudi s’han inclòs 28 pacients diagnosticats de carcinoma escamós de cap i coll localment avançat, dels quals 12 es van tractar amb 3DCRT i 16 amb IMRT. L’àrea de tractament abastava el tumor primari més les cadenes cervicals i supraclaviculars bilaterals. La metodologia s’ha dissenyat de forma que a les sessions número quinze i vint-i-cinc, s’adquirien noves imatges TC del pacient. Sobre aquestes noves imatges TC s’han adaptat manualment totes les estructures delimitades en la TC de planificació inicial, i s’ha calculat la distribució dosimètrica corresponent al pla d’irradiació amb el que s’estava tractant al pacient. S’han analitzat les dades del histograma dosi-volum corresponents a les dosimetries en cada una de les TC. A tots els pacients se’ls ha fet un control de pes setmanal. En la segona part, s’estudia de forma individualitzada el grup de pacients tractats amb IMRT. S’analitza si les distribucions dosimètriques calculades a les TC preses durant el tractament superen les restriccions establertes inicialment o si sobrepassen entre el -5% i +10% els valors calculats inicialment. En els casos que han superat algun dels límits de variabilitat, s’ha adaptat la dosimetria de la TC corresponent mitjançant l’optimització de les fluències dels camps d’irradiació del pla de tractament inicial. Els dos grups de pacients han presentat canvis anatòmics similars, aquests han consistit en pèrdua de pes i reducció de volum de les següents estructures; la zona de tractament, els volums de tractament i les paròtides. Les variables pes i volum comprés dins la zona de tractament han mostrat correlació, la qual cosa implica que el pes pot actuar com a factor pronòstic alhora d’identificar pacients que experimenten canvis importants en la zona de tractament. S’ha posat de manifest que les variacions dosimètriques comprometen la validesa de la distribució de dosi inicial de forma més rellevant en el grup d’IMRT. Primerament perquè els volums de tractament presenten pèrdua de cobertura dosimètrica únicament en el grup d’IMRT i addicionalment perquè els discrets increments de dosi mesurats als òrgans de risc comprometen els beneficis que la tècnica d’IMRT aporta. En l’estudi individualitzat del grup d’IMRT s’evidencia que els motius principals que indiquen que cal adaptar la planificació inicial son; en primer lloc la pèrdua de cobertura dosimètrica dels volum de tractament, seguit de l’increment de dosi a les paròtides i finalment l’augment de dosi absorbida a altres òrgans de risc com els llavis, cavitat oral i glotis. Les reduccions de cobertura dosimètrica als volums de tractament i els increments de dosi als OAR es detecten majoritàriament a la TC2. Per tant, fer una TC cap a la sessió número quinze permetrà identificar la majoria de casos que es podrien beneficiar d’una RT adaptativa. Finalment s’ha comprovat que la replanificació basada en l’optimització de les fluències dels camps de tractament inicials permet adaptar la distribució de dosi als canvis anatòmics i així aconseguir restablir les mateixes restriccions dosimètriques que s’assolien en la planificació inicial.

This thesis examines the dose implications related to anatomical changes experienced by patients with head and neck cancer (HNC) during radiation therapy (RT). The study is carried out for both conventional 3D conformal (3DCRT) and intensity modulated (IMRT) techniques. We have analyzed a large number of organs at risk, some of which have not been previously studied. Additionally, dose variables showing important variations were individually investigated for the group of patients treated with IMRT. Finally, we assessed whether treatment replanning is a good tool to restore the initial planning dose characteristics. The study included 28 patients diagnosed with locally advanced head and neck squamous cell carcinoma, 12 of whom were treated with 3DCRT and 16 with IMRT. The treatment area included the primary tumor in addition to the cervical and supraclavicular bilateral nodes. The methodology was designed to acquire new CT images of the patient in sessions number fifteen and twenty-five, approximately corresponding to the third and fifth week of treatment. The contours of the treatment volumes and the organs at risk defined in the initial planning CT were manually adjusted on these new CT images, followed by a dose distribution calculation corresponding to initial plan with which the patient is being treated. We analyzed data from the dose-volume histograms corresponding to dosimetry studies in each CT. Weight was recorded weekly for all patients. In the second part of the thesis, an individual study of patients treated with IMRT was made. Dose distributions calculated on CT’s taken during treatment were analyzed when the initial dose restrictions were exceeded or if variations less than -5% or above +10% with respect to the initial calculated values existed. When variability limits were exceeded, the corresponding CT dosimetry was adapted by optimizing field irradiation fluencies from initial treatment plan. Both groups of patients presented similar anatomical changes, including weight loss and reduction in volume of the following structures, namely the treatment area, the treatment volumes and the parotids. The weight and volume within the treatment area variables showed correlation. Implying that weight can also act as a prognostic factor to identify which patients may experience important changes in the treatment area. It has been shown that dose variations compromise the validity of the initial dose distribution to a greater extent in the IMRT group. This arises primarily because the treatment volumes exhibited coverage loss only in the IMRT group and additionally, because discrete measured dose increments to the organs at risk jeopardize the benefits that the IMRT technique provides. The individualized study of the IMRT group shows that the main factors indicating a need for initial planning modification: loss of dose coverage for the treatment volume, dose increases to the parotid glands and finally the absorbed dose increase to other organs at risk such as lips, the oral cavity and middle neck structures. Loss of dose coverage in treatment volumes together with dose increases to the OAR are detected mainly in TC2. Acquiring a TC at 15th fraction will therefore identify most cases that could benefit from adaptive RT. Finally, we have shown that replanning based on the optimization of initial field fluencies allow us to adapt the dose distribution to anatomical changes and thus achieve the same dose constraints reached in the initial plan.