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IMRT with Compensators for Head-and-Neck Cancers

Treatment Technique, Dosimetric Accuracy, and Practical Experiences

IMRT mit Kompensatoren für Kopf-Hals-Tumoren. Bestrahlungstechnik, dosimetrische Genauigkeit und praktische Erfahrungen

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Strahlentherapie und Onkologie Aims and scope Submit manuscript

An Erratum to this article was published on 01 December 2005

Background and Purpose:

With three-dimensional conformal intensity-modulated radiotherapy (3D-c-IMRT) a heterogeneous dose distribution can be achieved in both planning treatment volume and in adjacent normal tissues and organs to be spared. 3D-c-IMRT demands for modified photon fluence profiles which can be accomplished with different techniques. This report deals with the commissioning of metal compensators and the first experiences in clinical use. Dosimetric accuracy, dose coverage and practical experience like treatment delivery time, monitor units and dose outside the treated volume are evaluated.

Patients and Methods:

From January 2002 to April 2004, 24 patients with head-and-neck cancers were treated with 3D-c-IMRT using tin-wax compensators. The dose prescription included a simultaneously integrated boost (SIB). High-dose volume was irradiated with 60–70 Gy (median 66 Gy), low-dose volume with 48–54 Gy (median 52 Gy) administered by a standardized seven- portal coplanar beam arrangement. Dose at one parotid gland was aimed at 26 Gy. The compensators used consisted of tin granules embedded in wax; recalculation was performed with compensators made of the alloy MCP96 as well.

Results:

In 21 of 24 patients 3D-c-IMRT with tin-wax compensators reduced the median dose to one parotid gland to < 30 Gy. Recalculation with compensators with higher density which allowed higher attenuation revealed better protection of the parotid gland. The treatment delivery time per fraction was between 6 and 12 min (plus time for patient positioning), approximately 300 MU per 2 Gy were applied. The dose outside the treated volume was increased with regard to open fields and comparable with a physical wedge of 15–30°. Quality assurance and treatment of patient were fast and simple. It was shown, that calculated dose distribution corresponded to measured dose distribution with high accuracy.

Conclusion:

The described method offers facilities for a good dose coverage of irregular target volumes with different prescribed doses and a considerable dose reduction in adjacent organs at risk. The dose sparing of organs at risk can be further improved, if a compensator material with higher density is used.

Hintergrund und Ziel:

Mit der dreidimensionalen konformalen intensitätsmodulierten Strahlentherapie (3D-c-IMRT) kann eine heterogene Dosisverteilung sowohl im Planungszielvolumen als auch in benachbartem Normalgewebe und zu schonenden Organen erreicht werden. Die 3D-c-IMRT erfordert modifizierte Photonenfluenzprofile, die mit verschiedenen Technologien zustande gebracht werden. Diese Arbeit befasst sich mit der Erprobung der Metallkompensatoren und den ersten Erfahrungen in der klinischen Anwendung. Dosimetrische Genauigkeit, Dosiserfassung und praktische Erfahrungen wie Bestrahlungszeit, Monitoreinheiten und Dosis außerhalb des bestrahlten Volumens werden beurteilt.

Patienten und Methodik:

Von Januar 2002 bis April 2004 wurden 24 Patienten mit einem HNO-Tumor mit der 3D-c-IMRT-Technik mit Zinn-Wachs-Kompensatoren behandelt. Die Dosisverordnung schloss einen gleichzeitigen integrierten Boost ein. Das Hochdosisvolumen wurde mit 60–70 Gy (median 66 Gy), das Niedrigdosisvolumen mit 48–54 Gy (median 52 Gy) mit einer koplanaren standardisierten Sieben-Felder-Technik behandelt. Die Zieldosis an einer Glandula parotidea betrug 26 Gy. Die verwendeten Kompensatoren bestanden aus Zinngranulat, eingebettet in Wachs; zudem wurden Neuberechnungen mit Kompensatoren aus einer MCP96-Legierung durchgeführt.

Ergebnisse:

Für 21 von 24 Patienten reduzierte die 3D-c-IMRT mit Zinn-Wachs-Kompensatoren die Mediandosis für eine Glandula parotidea auf < 30 Gy. Eine Neuberechnung mit Kompensatoren höherer Dichte, die eine höhere Schwächung ermöglichen, ergab eine bessere Schonung der Glandula parotidea. Die Behandlungszeit pro Fraktion betrug 6–12 min (zuzüglich Patientenlagerung); etwa 300 MU wurden für 2 Gy appliziert. Die Dosis des Patienten außerhalb des bestrahlten Volumens war gegenüber offenen Feldern erhöht und vergleichbar mit einem physikalischen Keil von 15–30°. Qualitätssicherung und Patientenbestrahlung waren einfach und schnell. Es wurde gezeigt, dass berechnete und gemessene Dosisverteilung mit sehr hoher Genauigkeit übereinstimmten.

Schlussfolgerung:

Die beschriebene Methode ermöglicht eine gute Dosiserfassung irregulärer Zielvolumina mit unterschiedlicher verordneter Dosis und eine beträchtliche Dosisreduktion in angrenzenden Risikoorganen. Die Dosisschonung der Risikoorgane kann weiter verbessert werden, wenn ein Kompensatormaterial mit höherer Dichte verwendet wird.

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An erratum to this article is available at http://dx.doi.org/10.1007/s00066-005-7402-0.

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Salz, H., Wiezorek, T., Scheithauer, M. et al. IMRT with Compensators for Head-and-Neck Cancers. Strahlenther Onkol 181, 665–672 (2005). https://doi.org/10.1007/s00066-005-1402-y

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