Dosimetric Predictors of Toxicity in Prostate Cancer Radiotherapy - From Per-Organ to Per-Voxel Analysis

Bakgrunn: Bedre strålebehandling mot prostatakreft gjør at overlevelsesraten øker. Dette fører til at flere pasienter lever lenger med bivirkninger som potensielt kan redusere livskvalitet (QoL). Nye og forbedrede metoder for modellering av komplikasjoner i normalvev som følge av strålebehandling behøves for å kunne forutsi behandlingsutfall og sørge for persontilpasset behandling. Hensikten med dette prosjektet var å utvikle et programmeringsrammeverk som kan benyttes til voxel-basert analyse (VBA) av sammenhengen mellom dosefordeling og pasientrapporterte utfallsmål (PROMs) i stråleterapi. Materialer/metoder: Et programmeringsverktøy har blitt utviklet i Python. Programmet ble brukt til å evaluere dosefordelinger samt PROMs inntil 36 måneder etter stråleterapi fra RIC-studien (a Randomized trial of daily cone-beam vs standard Image-guided radiotherapy in prostate Cancer). RIC-studien undersøkte hvorvidt reduserte marginer i stråleterapi av prostata (studiearm B) kunne føre til reduksjon av bivirkninger sammenliknet med standard marginer (studiearm A). Dose-volum-histogrammer (DVH-er) ble sammenliknet mellom studiearmene, og for pasienter med og uten bivirkninger. Et rammeverk for VBA ble implementert og testet ved sammenlikning med en tradisjonell modell for sannsynlighet for normalvevskomplikasjoner (NTCP). NTCP er et estimat på sannsynligheten for bivirkninger etter strålebehandling og kan potensielt brukes som klinisk beslutningsstøtte. Lyman-Kutcher-Burman(LKB)-modellen for NTCP ble implementert og parametrene ble estimert for data fra RIC-studien. Videre ble pasientene som fikk daglig bildeverifikasjon registrert til en anatomisk pasientmal, og de registrerte dosefordelingene ble sammenliknet for pasienter med og uten bivirkninger. Resultater: DVH-sammenlikninger viste at pasienter i arm A fikk høyere dose til alle risikoorganer (OAR) enn pasienter i arm B. Pasienter med rektumbivirkninger hadde et større relativt bestrålt volum av rektumveggen enn pasienter uten bivirkninger. Sammenhengen ble funnet for doser opp til 30 Gy når alle pasientene ble vurdert samlet, og opp til 65 Gy for pasientene som fikk daglig bildeverifikasjon. Tilpasning av LKB-modellen gav TD50=78.9 Gy, n=0.007 og m=0.053. TD50 er estimert toleransedose som fører til komplikasjoner for 50 % av pasientene, den lave verdien for n indikerer en seriearkitektur for rektum, altså at organet er sensitivt for høye doser, mens m indikerer hvor bratt dose-respons-kurven er. Gjennomsnittlig Dice-koeffisient for registrerte rektum sammenliknet med den anatomiske malen var 0.39. For pasienter med en pålitelig registrering (Dice > 0.5) ble det identifisert et område i fremste, nedre del av rektum som fikk betydelig høyere dose blant de pasientene som opplevde bivirkninger. Diskusjon: Siden reduserte marginer fører til mindre bestråling utenfor målvolumet, var lavere dose til OAR for pasienter med reduserte marginer som ventet. Sammenhengen mellom lave doser og rektumbivirkninger som ble funnet ved DVH-sammenlikning samsvarer i liten grad med litteratur som antyder sammenheng mellom høydosebestråling og bivirkninger. Derimot viser LKB-parametrene rimelig god overensstemmelse med litteraturverdier. Den implementerte bilderegistreringsalgoritmen produserte varierende resultater og bør forbedres ved å tilpasse registreringsparametrene. Likevel indikerte VBA at et område i nedre del av rektum kan være relatert til rektumbivirkninger inntil 18 måneder etter strålebehandling. Resultatene er usikre og analyse av større datasett behøves. Videre undersøkelser bør inkludere evaluering av utfall senere enn 36 måneder etter behandling siden senskader ikke nødvendigvis har fremtrådt på dette tidspunktet. Med videre forbedring av registreringsalgoritmen kan det utviklede verktøyet for \acrshort{vba} ha potensiale til å identifisere strålesensitive områder i vev. Dette kan brukes til å forutsi behandlingsutfall og forbedre behandlingsplanlegging både for prostata og andre krefttyper