Dosimetric Comparison of Dose Calculation Algorithms in Intensity-Modulated Radiation Therapy Planning of Nasopharyngeal Cancer Patients: Cross-Sectional Research


Özseven A., Kaymak Z. A. , Özkan E. E. , Şirin Özdemir B.

Türkiye Klinikleri Tıp Bilimleri Dergisi, vol.41, no.4, pp.445-453, 2021 (Peer-Reviewed Journal)

  • Publication Type: Article / Article
  • Volume: 41 Issue: 4
  • Publication Date: 2021
  • Doi Number: 10.5336/medsci.2021-83826
  • Journal Name: Türkiye Klinikleri Tıp Bilimleri Dergisi
  • Journal Indexes: Scopus, CAB Abstracts, CINAHL, EMBASE, Veterinary Science Database, TR DİZİN (ULAKBİM)
  • Page Numbers: pp.445-453

Abstract

Objective: Due to the large number of critical organs

and tissues in head and neck region, it is crucial to deliver the prescribed

treatment doses accurately and precisely. In this study, 15 patients

treated with curative radiotherapy for nasopharyngeal cancer were retrospectively

assessed and compared in terms of normal tissue doses

and planning target volume dose parameters, using Pencil Beam Convolution

(PBC) and Anisotropic Analytical Algorithm (AAA) dose calculation

algorithms. Material and Methods: For fifteen patient, two

separate intensity-modulated radiation therapy (IMRT) plans were created

by using these dose calculation algorithms, entering the same dosimetric

parameters for the same patient at treatment planning system

(TPS). The obtained data were analyzed using appropriate statistical

methods. Results: When dose-volume histograms were evaluated, no

significant differences were found between the AAA and PBC algorithms,

in terms of calculated dosimetric values of the planning target

volume. However, the difference between the calculated monitor unit

values was found to be statistically significant (p=0.001). With regard

to normal tissue doses, the differences between the data for spinal cord,

optic nerves, brain stem, parotid and larynx were also statistically significant

(p=0.023, p=0.001, p=0.027, p=0.001 and p=0.001, respectively).

Conclusion: As a result, IMRT dose values calculated at TPS

using AAA and PBC algorithms, differ in terms of normal tissue doses

in the treatment regions that have inhomogeneous structures and air

cavities, such as nasopharyngeal cancers.

Amaç: Baş-boyun bölgesindeki kritik organ ve dokuların fazla

sayıda olması nedeniyle reçete edilen tedavi dozlarının hastaya planlamada

öngörülen yerlerinde ve hesaplanan dozda uygulanması hayati

bir öneme sahiptir. Bu çalışmada, nazofarinks kanseri tanısı ile küratif

radyoterapi uygulanmış 15 hastanın tedavi planları retrospektif olarak

değerlendirilmiştir. Pencil Beam Konvolüsyon (PBC) ve Anizotropik

Analitik Algoritması (AAA) kullanılarak yapılan 2 farklı planlamanın,

normal doku dozları ve hedef hacmin almış olduğu dozlar açısından

karşılaştırılması amaçlanmıştır. Gereç ve Yöntemler: Tedavi planlama

sisteminde (TPS) aynı hasta için aynı dozimetrik parametreler girilerek,

bu 2 ayrı doz hesaplama algoritması ile ikişer adet yoğunluk ayarlı

radyoterapi [intensity-modulated radiation therapy (IMRT)] planı oluşturuldu

ve elde edilen veriler, uygun istatistiksel yöntemler kullanılarak

karşılaştırıldı. Bulgular: Doz-hacim histogramlarına bakıldığında,

hedef hacmin hesaplanan dozimetrik değerleri açısından, AAA ile PBC

arasında belirgin bir fark yoktu. Buna karşın monitör ünite sayıları arasındaki

fark istatistiksel olarak anlamlı idi (p=0,001). Normal doku dozlarına

bakıldığında ise spinal kord, optik sinirler, beyin sapı, parotisler

ve larinks için dozimetrik veriler arasındaki farkların, istatistiksel olarak

anlamlı olduğu görüldü (sırasıyla; p=0,023, p=0,001, p=0,027,

p=0,001 ve p=0,001). Sonuç: Nazofarinks kanserinde olduğu gibi homojen

olmayan dokuların ve hava boşluklarının bulunduğu tedavi bölgelerindeki

IMRT planlamalarında, TPS’de hesaplanan normal doku

doz değerleri AAA ve PBC algoritmaları arasında anlamlı farklılık göstermektedir.