Physical Aspects of Stereotactic Body Radiation Therapy (SBRT) for Prostate Cancer /
Sherif Mohamed Elsayed Mohamed,
Physical Aspects of Stereotactic Body Radiation Therapy (SBRT) for Prostate Cancer / الجوانب الفيزيائية للجراحة الاشعاعية لسرطان البروستاتا / By Sherif Mohamed Elsayed Mohamed; Supervisors Prof. Dr. Reem El Gebaly, Dr. Mohamed Mahmoud Fathy, Dr. Dina Mohamed Abdelaziz. - 62 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (M.Sc.) -Cairo University, 2024.
Bibliography: pages 54-62.
This retrospective study was performed to evaluate plan quality and treatment delivery parameters of stereotactic body radiation therapy (SBRT) for prostate cancer. The study utilized different isocentric modulated techniques: intensity-modulated radiotherapy (IMRT) and volumetric-modulated arc therapy (VMAT) using 6 MV flattening filter (FF) and 10 MV flattening filter-free beams (FFF). Fifteen retrospective prostate cancer patients from Baheya Hospital were selected for this study. Sixty plans were created with an SBRT-prescribed dose of 36.25 Gy delivered in five fractions. Planning target volume (PTV) coverage, plan quality indices, doses delivered to organs at risk (OARs), and treatment delivery parameters were compared for all plans. Furthermore, the study conducted a comparison between two VMAT (FFF) approaches: one using two full arcs and the other employing two partial arcs. This comparison aimed to evaluate the plan quality and treatment delivery parameters of these different approaches and determine the optimal beam arrangement specifically for prostate SBRT using VMAT with FFF beams.
It turned out that VMAT plans, particularly those using the FFF beam, provided superior target conformality and a steeper dose gradient as compared to IMRT plans. Additionally, VMAT plans showed better OARs sparing compared to IMRT plans. However, IMRT plans delivered a lower maximum dose to the target than VMAT plans. Importantly, the VMAT plans resulted in reduced treatment delivery parameters, including beam on time (BOT), monitor unit (MU), and modulation factor (MF), compared to IMRT plans. Furthermore, a statistically significant difference was observed in BOT and mean body dose between FF and FFF beams, with FFF beams showing superior performance. Also, the results revealed that both techniques (partial arc and full arc VMAT) achieved the constraints for the target and OARs. However, a statistically significant difference was observed between the two plans. The full arc plans demonstrated superior target coverage, conformality, steeper dose gradient, and lower dose to femoral heads compared to the partial arc plans. On the other hand, the partial arc plans exhibited better sparing of the bladder and rectum. Additionally, the partial arc plans required fewer MU, resulting in a faster treatment time.
Therefore, based on the findings obtained in this study, the use of partial arc VMAT with 10 MV (FFF) is strongly preferred for treating prostate cancer patients with SBRT. This offers the fastest delivery in addition to maintaining the highest plan quality.
في هذه الدراسة، تتم مقارنة التقنيات المعدلة مع أوضاع طاقة مختلفة للجراحه الاشعاعية لسرطان البروستاتا لأول مرة. حيث تهدف الدراسة إلى تحديد أفضل خطة علاجية من خلال تقييم جودة الخطة ومعايير تقديم العلاج للجراحه الاشعاعية لسرطان للبروستاتا باستخدام تقنيات مختلفة مثل تقنيه العلاج الاشعاعي باستخدام قوس التضمين الحجمي (VMAT) وتنقيه العلاج الاشعاعى متغير الشدة (IMRT) وذلك باستخدام حزم اشعاع مختلفه ناتجه باستخدم مرشح التسطيح (FF) واخرى ناتجه بدون استخدام مرشح التسطيح (FFF). حيث تم انشاء 60 خطة علاجية ل 15 مريض )بمستشفي بهية) باستخدام التقنيات المختلفه في وجود المرشح وعدم وجوده
حيث يتم مقارنة جميع الخطط العلاجية لتقييم كل من :
1. جودة الخطة العلاجية مثل (جرعة الورم – الجرعة القصوى – الجرعة المتوسطة - معامل المطابقة – معامل عدم التجانس – الجرعة التى تصل إلى الاعضاء المعرضة للخطر)
2. معايير تسليم العلاج (عدد وحدات خرج الجهاز - معامل التعديل - زمن الاشعاع).
اتضح أن الخطط المنفذة باستخدام قوس تضمين الحجم (VMAT)، وخاصة تلك التي تستخدم شعاع ناتج فى عدم وجود المرشح (FFF)، قدمت توافقًا فائقًا للهدف وتدرجًا أكثر حدة للجرعة مقارنة بالخطط المنفذة باستخدام العلاج الاشعاعى متغير الشدة (IMRT).
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت خطط VMAT توفيرًا أفضل في مجال الجرعة التى تصل الى الاعضاء المعرضة للخطر (OARs) مقارنة بخطط IMRT. ومع ذلك، قدمت خطط IMRT جرعة قصوى أقل للهدف من خطط VMAT.
الأهم من ذلك، أن خطط العلاج المنفذة باستخدام قوس تضمين الحجم (VMAT) أدت إلى انخفاض معايير تسليم العلاج، بما في ذلك زمن الاشعاع (BOT)، عدد وحدات خرج الجهاز (MU)، وعامل التعديل (MF)، مقارنة بالخطط المنفذه باستخدام العلاج الاشعاعى متغير الشدة (IMRT).
أيضا ظهرت وجود فرق ذو دلالة إحصائية في زمن الاشعاع (BOT) ومتوسط جرعة الجسم بين الحزم الناتجه فى وجود مرشح (FF) والناتجه فى عدم وجود المرشح (FFF), حيث أظهرت حزم (FFF) أداءً متفوقًا مقارنةً بحزم (FF).
علاوة على ذلك، أجرت الدراسة مقارنة بين نهجي VMAT (FFF): حيث تم إنشاء خمسة عشر خطة علاجية باستخدام قوس التضمين الحجمى باستخدام حزمة اشعة ناتجة في عدم وجود المرشح وذلك باستخدام قوس جزئي (Partial arc VMAT (FFF)) لمقارنتها بالخطط المنفذة باستخدام القوس الكامل (Full arc VMAT (FFF)). حيث تم انشاء هذه الخطط باستخدام قوسين جزئيين أحدهما يمتد من 220 درجة إلى 140 درجة (في اتجاه عقارب الساعة) والآخر من 140 درجة إلى 220 درجة (عكس اتجاه عقارب الساعة). حيث كان الغرض من هذه المقارنة هو تقييم جودة الخطة ومعايير تسليم العلاج لهذه الأساليب المختلفة بهدف تحديد ايمها افضل.
كشفت النتائج أن كلا التقنيتين حققت القيود المبينة بالنسبه للورم والاعضاء السليمة. ومع ذلك، تم ملاحظة وجود فرق إحصائي بين الخطتين. حيث أظهرت خطة القوس الكاملة تغطية متفوقة للهدف وتدرجًا حادًا للجرعة وتوصيل جرعة أقل لرؤوس الفخذ مقارنة بخطة القوس الجزئي. من ناحية أخرى، أظهرت خطة القوس الجزئي الحفاظ بشكل أفضل على المثانة والمستقيم. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب خطة القوس الجزئي عدداً أقل من وحدات خرج الجهاز(MU) وأدت إلى زمن اشعاع أسرع.(BOT)
بالنظر إلى جميع النتائج، يقترح باستخدام قوس التضمين الحجمي باستخدام حزمة اشعة ناتجة في عدم وجود المرشح وذلك باستخدام قوس جزئي (Partial arc VMAT (FFF)) لعلاج مرضى سرطان البروستاتا باستخدام الجراحة الاشعاعية حيث انه يوفر أسرع توصيل للاشعاع بالإضافة إلى الحفاظ على أعلى جودة للخطة العلاجية.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Biophysics
Prostate cancer stereotactic body radiation therapy (SBRT) IMRT; VMAT; flattening filter-free (FFF); Partial arc; Full arc
571.4
Physical Aspects of Stereotactic Body Radiation Therapy (SBRT) for Prostate Cancer / الجوانب الفيزيائية للجراحة الاشعاعية لسرطان البروستاتا / By Sherif Mohamed Elsayed Mohamed; Supervisors Prof. Dr. Reem El Gebaly, Dr. Mohamed Mahmoud Fathy, Dr. Dina Mohamed Abdelaziz. - 62 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (M.Sc.) -Cairo University, 2024.
Bibliography: pages 54-62.
This retrospective study was performed to evaluate plan quality and treatment delivery parameters of stereotactic body radiation therapy (SBRT) for prostate cancer. The study utilized different isocentric modulated techniques: intensity-modulated radiotherapy (IMRT) and volumetric-modulated arc therapy (VMAT) using 6 MV flattening filter (FF) and 10 MV flattening filter-free beams (FFF). Fifteen retrospective prostate cancer patients from Baheya Hospital were selected for this study. Sixty plans were created with an SBRT-prescribed dose of 36.25 Gy delivered in five fractions. Planning target volume (PTV) coverage, plan quality indices, doses delivered to organs at risk (OARs), and treatment delivery parameters were compared for all plans. Furthermore, the study conducted a comparison between two VMAT (FFF) approaches: one using two full arcs and the other employing two partial arcs. This comparison aimed to evaluate the plan quality and treatment delivery parameters of these different approaches and determine the optimal beam arrangement specifically for prostate SBRT using VMAT with FFF beams.
It turned out that VMAT plans, particularly those using the FFF beam, provided superior target conformality and a steeper dose gradient as compared to IMRT plans. Additionally, VMAT plans showed better OARs sparing compared to IMRT plans. However, IMRT plans delivered a lower maximum dose to the target than VMAT plans. Importantly, the VMAT plans resulted in reduced treatment delivery parameters, including beam on time (BOT), monitor unit (MU), and modulation factor (MF), compared to IMRT plans. Furthermore, a statistically significant difference was observed in BOT and mean body dose between FF and FFF beams, with FFF beams showing superior performance. Also, the results revealed that both techniques (partial arc and full arc VMAT) achieved the constraints for the target and OARs. However, a statistically significant difference was observed between the two plans. The full arc plans demonstrated superior target coverage, conformality, steeper dose gradient, and lower dose to femoral heads compared to the partial arc plans. On the other hand, the partial arc plans exhibited better sparing of the bladder and rectum. Additionally, the partial arc plans required fewer MU, resulting in a faster treatment time.
Therefore, based on the findings obtained in this study, the use of partial arc VMAT with 10 MV (FFF) is strongly preferred for treating prostate cancer patients with SBRT. This offers the fastest delivery in addition to maintaining the highest plan quality.
في هذه الدراسة، تتم مقارنة التقنيات المعدلة مع أوضاع طاقة مختلفة للجراحه الاشعاعية لسرطان البروستاتا لأول مرة. حيث تهدف الدراسة إلى تحديد أفضل خطة علاجية من خلال تقييم جودة الخطة ومعايير تقديم العلاج للجراحه الاشعاعية لسرطان للبروستاتا باستخدام تقنيات مختلفة مثل تقنيه العلاج الاشعاعي باستخدام قوس التضمين الحجمي (VMAT) وتنقيه العلاج الاشعاعى متغير الشدة (IMRT) وذلك باستخدام حزم اشعاع مختلفه ناتجه باستخدم مرشح التسطيح (FF) واخرى ناتجه بدون استخدام مرشح التسطيح (FFF). حيث تم انشاء 60 خطة علاجية ل 15 مريض )بمستشفي بهية) باستخدام التقنيات المختلفه في وجود المرشح وعدم وجوده
حيث يتم مقارنة جميع الخطط العلاجية لتقييم كل من :
1. جودة الخطة العلاجية مثل (جرعة الورم – الجرعة القصوى – الجرعة المتوسطة - معامل المطابقة – معامل عدم التجانس – الجرعة التى تصل إلى الاعضاء المعرضة للخطر)
2. معايير تسليم العلاج (عدد وحدات خرج الجهاز - معامل التعديل - زمن الاشعاع).
اتضح أن الخطط المنفذة باستخدام قوس تضمين الحجم (VMAT)، وخاصة تلك التي تستخدم شعاع ناتج فى عدم وجود المرشح (FFF)، قدمت توافقًا فائقًا للهدف وتدرجًا أكثر حدة للجرعة مقارنة بالخطط المنفذة باستخدام العلاج الاشعاعى متغير الشدة (IMRT).
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت خطط VMAT توفيرًا أفضل في مجال الجرعة التى تصل الى الاعضاء المعرضة للخطر (OARs) مقارنة بخطط IMRT. ومع ذلك، قدمت خطط IMRT جرعة قصوى أقل للهدف من خطط VMAT.
الأهم من ذلك، أن خطط العلاج المنفذة باستخدام قوس تضمين الحجم (VMAT) أدت إلى انخفاض معايير تسليم العلاج، بما في ذلك زمن الاشعاع (BOT)، عدد وحدات خرج الجهاز (MU)، وعامل التعديل (MF)، مقارنة بالخطط المنفذه باستخدام العلاج الاشعاعى متغير الشدة (IMRT).
أيضا ظهرت وجود فرق ذو دلالة إحصائية في زمن الاشعاع (BOT) ومتوسط جرعة الجسم بين الحزم الناتجه فى وجود مرشح (FF) والناتجه فى عدم وجود المرشح (FFF), حيث أظهرت حزم (FFF) أداءً متفوقًا مقارنةً بحزم (FF).
علاوة على ذلك، أجرت الدراسة مقارنة بين نهجي VMAT (FFF): حيث تم إنشاء خمسة عشر خطة علاجية باستخدام قوس التضمين الحجمى باستخدام حزمة اشعة ناتجة في عدم وجود المرشح وذلك باستخدام قوس جزئي (Partial arc VMAT (FFF)) لمقارنتها بالخطط المنفذة باستخدام القوس الكامل (Full arc VMAT (FFF)). حيث تم انشاء هذه الخطط باستخدام قوسين جزئيين أحدهما يمتد من 220 درجة إلى 140 درجة (في اتجاه عقارب الساعة) والآخر من 140 درجة إلى 220 درجة (عكس اتجاه عقارب الساعة). حيث كان الغرض من هذه المقارنة هو تقييم جودة الخطة ومعايير تسليم العلاج لهذه الأساليب المختلفة بهدف تحديد ايمها افضل.
كشفت النتائج أن كلا التقنيتين حققت القيود المبينة بالنسبه للورم والاعضاء السليمة. ومع ذلك، تم ملاحظة وجود فرق إحصائي بين الخطتين. حيث أظهرت خطة القوس الكاملة تغطية متفوقة للهدف وتدرجًا حادًا للجرعة وتوصيل جرعة أقل لرؤوس الفخذ مقارنة بخطة القوس الجزئي. من ناحية أخرى، أظهرت خطة القوس الجزئي الحفاظ بشكل أفضل على المثانة والمستقيم. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب خطة القوس الجزئي عدداً أقل من وحدات خرج الجهاز(MU) وأدت إلى زمن اشعاع أسرع.(BOT)
بالنظر إلى جميع النتائج، يقترح باستخدام قوس التضمين الحجمي باستخدام حزمة اشعة ناتجة في عدم وجود المرشح وذلك باستخدام قوس جزئي (Partial arc VMAT (FFF)) لعلاج مرضى سرطان البروستاتا باستخدام الجراحة الاشعاعية حيث انه يوفر أسرع توصيل للاشعاع بالإضافة إلى الحفاظ على أعلى جودة للخطة العلاجية.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Biophysics
Prostate cancer stereotactic body radiation therapy (SBRT) IMRT; VMAT; flattening filter-free (FFF); Partial arc; Full arc
571.4