Influence of Organ at Risk Definition on Rectal Dose-Volume Histograms in Patients with Prostate Cancer Undergoing External-Beam Radiotherapy

Purpose:

To evaluate rectal dose-volume relations during three-dimensional conformal radiotherapy of patients with prostate cancer by means of different rectal volume contours.

Patients and Methods:

55 patients with prostate cancer underwent three-dimensional conformal external-beam radiotherapy. Rectal dose-volume histograms were calculated for four separately contoured rectal volumes in all patients resulting in four groups. In group 1 the outer rectal wall was contoured two CT slices above and below the planning target volume. The rectal contour of group 2 was drawn from the anal verge up to the sigmoid. Furthermore, the posterior half of the rectum was contoured for both volumes mentioned above (groups 1a and 2a). Statistical analysis was then performed using nonparametric Wilcoxon tests.

Results:

The mean target dose was 72.9 Gy (standard deviation [SD] ± 2.1 Gy). The minimum target dose was 70.2 Gy. Mean rectum dose (± SD) over all patients was 50.7 Gy (± 4.6 Gy), 45.2 Gy (± 5.4 Gy), 43.2 Gy (± 4.2 Gy), and 38.7 Gy (± 5.5 Gy) for group 1, 2, 1a, and 2a, respectively. The corresponding volumes receiving ≥ 70 Gy for groups 1 and 2 were 14.0% (± 5.3%) and 11.9% (± 4.5%). These differences were statistically significant. Comparison of minimum and mean rectal dose also revealed a statistically significant difference toward higher doses in groups 1 and 1a (p < 0.001). Maximum rectal doses for groups 1 and 2 as well as for groups 1a and 2a revealed no statistically significant difference (p = 1.0).

Conclusion:

Data from the literature on normal-tissue complication probability (rectal bleeding) refer to different rectal contours. When applying dose restrictions to the rectum, contouring becomes a significant factor that determines the risk of rectal toxicity. The results of this study show that different ways of rectal contouring significantly influence doses to the rectum. The influence of organ at risk contouring should be considered thoroughly in conformal radiotherapy of prostate cancer patients, especially in dose escalation studies. It is recommended to calculate the doses for absolute rectal volumes and correlate these data with toxicity in order to be able to achieve comparable results among different institutions.

Ziel:

Aufzeigen unterschiedlicher rektaler Dosis-Volumen-Verhältnisse in der dreidimensionalen konformalen Strahlentherapie von Patienten mit Prostatakarzinom mittels verschiedener Konturierungen des rektalen Volumens.

Patienten und Methodik:

55 Patienten mit Prostatakarzinom erhielten eine dreidimensionale konformale Strahlentherapie. Für alle Patienten wurden rektale Dosis-Volumen-Histogramme für unterschiedliche Rektumkonturierungen angefertigt. Die unterschiedlichen Konturierungen dieser vier Gruppen waren wie folgt: In Gruppe 1 wurde die Rektumaußenkontur für den Bereich des Planungszielvolumens (PTV) plus zwei CT-Schichten ober- und unterhalb des PTV festgelegt. Die Rektumkontur der Gruppe 2 wurde vom Analring bis zum rektosigmoidalen Übergang markiert. Als weitere Risikoorgankontur wurde die dorsale Hälfte des Rektums für beide o.g. Volumina definiert, so dass sich daraus die Gruppen 1a und 2a ergaben. Die Ergebnisse der Dosis-Volumen- Berechnungen wurden mittels Wilcoxon-Tests für nichtparametrische Stichproben analysiert.

Ergebnisse:

Die mittlere Zielvolumendosis betrug 72,9 Gy (Standardabweichung [SD] ± 2,1 Gy). Die minimale Zielvolumendosis lag bei 70,2 Gy. Die mittlere Rektumdosis (± SD) über alle Patienten betrug 50,7 Gy (± 4,6 Gy), 45,2 Gy (± 5,4 Gy), 43,2 Gy (± 4,2 Gy) und 38,7 Gy (± 5,5 Gy) für die Gruppen 1, 2, 1a und 2a. Die berechneten Risikoorganvolumina, welche eine Dosis von ≥ 70 Gy erhielten, betrugen für die Gruppen 1 und 2 14,0% (± 5,3%) und 11,9% (± 4,5%). Diese Unterschiede waren statistisch signifikant. Auch der Vergleich der minimalen und mittleren Zielvolumendosis ergab einen statistisch signifikanten Unterschied zu höheren Dosen für die Gruppen 1 and 1a (p < 0,001). Die maximalen Rektumdosen im Vergleich der Gruppen 1 und 2 sowie der Gruppen 1a und 2a ergaben keinen signifikanten Unterschied (p = 1,0).

Schlussfolgerung:

Daten der Literatur bezüglich der Komplikationswahrscheinlichkeit für rektale Blutungen beziehen sich auf unterschiedliche Rektumvolumina. Bei der Festlegung von Dosisrestriktionen für das Risikoorgan Rektum kommt der Art der Rektumvolumendefinition für das Risiko rektaler Toxizität eine entscheidende Bedeutung zu. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Unterschiede der Rektumvolumendefinition einen signifikanten Einfluss auf die Dosisbelastung des Rektums haben. Der Einfluss der Risikoorgankonturierung muss bei der konformalen Strahlentherapie des Prostatakarzinoms sorgfältig berücksichtigt werden, insbesondere bei der Dosiseskalation. Es wird empfohlen, die Dosisbelastung für absolute Rektumvolumina zu berechnen und diese mit der Toxizität zu korrelieren, um die Ergebnisse verschiedener Institutionen vergleichbar zu machen.