CT-Based Interstitial HDR Brachytherapy

Purpose:

Development, application and evaluation of a CT-guided implantation technique and a fully CT-based treatment planning procedure for brachytherapy.

Methods and Materials: A brachytherapy procedure based on CT-guided implantation technique and CT-based treatment planning has been developed and clinical evaluated. For this purpose a software system (PROMETHEUS) for the 3D reconstruction of brachytherapy catheters and patient anatomy using only CT scans has been developed. An interface for the Nucletron PLATO BPS treatment planning system for optimization and calculation of dose distribution has been devised. The planning target volume(s) are defined as sets of points using contouring tools and are used for optimization of the 3D dose distribution. Dose-volume histogram based analysis of the dose distribution (COIN analysis) enables a clinically realistic evaluation of the brachytherapy application to be made. The CT-guided implantation of catheters and the CT-based treatment planning procedure has been performed for interstitial brachytherapy and for different tumor sites in 197 patients between 1996 and 1997.

Results: The accuracy of the CT reconstruction was tested using first a quality assurance phantom and second, a simulated interstitial implant of 12 needles. These were compared with the results of reconstruction using radiographs. Both methods gave comparable results with regard to accuracy, but the CT based reconstruction was faster. Clinical feasibility was proved in pre-irradiated recurrences of brain tumors, in pretreated recurrences or metastatic disease, and in breast carcinomas. The tumor volumes treated were in the range 5.1 to 2,741 cm³. Analysis of implant quality showed a slightly significant lower COIN value for the bone implants, but no differences with respect to the planning target volume.

Conclusions: The Offenbach system, incorporating the PROMETHEUS software for interstitial HDR brachytherapy has proved to be extremely valuable in routine clinical practice for many tumor sites. Our CT-guided implantation technique together with a fully CT-based planning system has enabled conformal brachytherapy treatment to become routine.

Ziel:

Entwicklung, Anwendung und Evaluierung einer CT-gesteuerten Implantationstechnik und einer vollständig CT-gestützten Behandlungsplanung für Brachytherapie.

Material und Methoden: Es wurde ein Brachytherapieverfahren, basierend auf einer CT-gesteuerten Implantationstechnik und CT-gestützter Bestrahlungsplanung, entwickelt und klinisch evaluiert. Für diese Zielsetzung wurde ein Softwaresystem (PROMETHEUS) zur 3D-Rekonstruktion der Applikatoren und der individuellen anatomischen Verhältnisse unter ausschließlicher Verwendung von CT-Schnittbildern entwickelt. Hierzu wurde ein Interface für das Nucletron-PLATO-BPS-Planungssystem zur Optimierung und Berechnung der Dosisverteilung realisiert. Das Zielvolumen (PTV) wird definiert und zur Optimierung der dreidimensionalen Dosisverteilung verwendet. Die Analyse der Dosisverteilung mittels Dosisvolumenhistogrammen (COIN) ermöglicht eine klinische Bewertung des Brachytherapieverfahrens. Die CT-gesteuerte Katheterimplantation und die CT-gestützte Bestrahlungsplanung zur Behandlung unterschiedlicher Tumoren in verschiedenen anatomischen Regionen wurden bei 197 Patienten in dem Zeitraum 1996 bis 1997 durchgeführt.

Ergebnisse: Die Genauigkeit der CT-Rekonstruktion wurde mit Hilfe eines Brachytherapie-QA-Phantoms und eines Implantats mit zwölf Nadeln überprüft. Die Ergebnisse wurden mit denen der konventionellen Rekonstruktion aus Röntgenaufnahmen verglichen. Beide Methoden ergaben vergleichbare Ergebnisse in Hinblick auf die Rekonstruktionsgenauigkeit. Die CT-gestützte Rekonstruktion war jedoch schneller. In der klinischen Anwendung wurden Tumorvolumina zwischen 5,1 und 2 741 cm³ behandelt. Die Auswertung der Bestrahlungspläne ergab einen geringfügig signifikant geringeren COIN-Wert für die Knochenimplantate, aber keine Unterschiede hinsichtlich des Tumorvolumens.

Schlußfolgerung: Die entwickelte Offenbacher Methode hat sich in der klinischen Routine zur Durchführung einer CT-gestützten Brachytherapie in unterschiedlichen Tumorlokalisationen bewährt. Unsere CT-gesteuerte Implantationstechnik zusammen mit dem CT-gestützten Planungssystem ermöglicht uns eine konformale Brachytherapiebehandlung.