Purpose: To develop a fully automated procedure for multicriterial volumetric modulated arc therapy (VMAT) treatment planning (autoVMAT) for stage III/IV non-small cell lung cancer (NSCLC) patients treated with curative intent.
Materials and methods: After configuring the developed autoVMAT system for NSCLC, autoVMAT plans were compared with manually generated clinically delivered intensity-modulated radiotherapy (IMRT) plans for 41 patients. AutoVMAT plans were also compared to manually generated VMAT plans in the absence of time pressure. For 16 patients with reduced planning target volume (PTV) dose prescription in the clinical IMRT plan (to avoid violation of organs at risk tolerances), the potential for dose escalation with autoVMAT was explored.
Results: Two physicians evaluated 35/41 autoVMAT plans (85%) as clinically acceptable. Compared to the manually generated IMRT plans, autoVMAT plans showed statistically significant improved PTV coverage (V95% increased by 1.1% ± 1.1%), higher dose conformity (R50 reduced by 12.2% ± 12.7%), and reduced mean lung, heart, and esophagus doses (reductions of 0.9 Gy ± 1.0 Gy, 1.5 Gy ± 1.8 Gy, 3.6 Gy ± 2.8 Gy, respectively, all p < 0.001). To render the six remaining autoVMAT plans clinically acceptable, a dosimetrist needed less than 10 min hands-on time for fine-tuning. AutoVMAT plans were also considered equivalent or better than manually optimized VMAT plans. For 6/16 patients, autoVMAT allowed tumor dose escalation of 5-10 Gy.
Conclusion: Clinically deliverable, high-quality autoVMAT plans can be generated fully automatically for the vast majority of advanced-stage NSCLC patients. For a subset of patients, autoVMAT allowed for tumor dose escalation.
Zielsetzung: Entwicklung einer vollautomatisierten, auf multiplen Kriterien basierenden volumenmodulierten Arc-Therapie-(VMAT-)Behandlungsplanung (autoVMAT) für kurativ behandelte Patienten mit nicht-kleinzelligem Bronchialkarzinom (NSCLC) im Stadium III/IV.
Material und Methoden: Nach Konfiguration unseres autoVMAT-Systems für NSCLC wurde für 41 Patienten der autoVMAT-Plan mit dem manuell erzeugten, klinisch applizierten intensitätsmodulierten Strahlentherapieplan (IMRT) verglichen. AutoVMAT-Pläne wurden ferner mit manuellen und ohne Zeitdruck erstellten VMAT-Plänen verglichen. Für 16 Patienten mit reduzierter Dosisverordnung des Planungszielvolumens (PTV) im klinischen IMRT-Plan (zur Vermeidung einer Verletzung von Toleranzdosen für Risikoorgane) wurde das Potenzial für eine Dosiseskalation mit autoVMAT untersucht.
Ergebnisse: Zwei Ärzte bewerteten 35 von 41 autoVMAT-Plänen (85 %) als klinisch akzeptabel. Verglichen mit den manuell erzeugten IMRT-Plänen zeigten autoVMAT-Pläne eine statistisch signifikant bessere PTV-Abdeckung (V95% erhöht um 1,1 % ± 1,1 %), eine höhere Dosiskonformität (R50 verringert um 12,2 % ± 12,7 %) und eine geringere durchschnittliche Dosis in Lunge, Herz und Oesophagus (verringert um je 0,9 Gy ± 1,0 Gy, 1,5 Gy ± 1,8 Gy, 3,6 Gy ± 2,8 Gy; alle p < 0,001). Um die restlichen 6 autoVMAT-Pläne aus klinischer Sicht akzeptabel zu machen, benötigte ein Dosimetrist zur Feinabstimmung jeweils weniger als 10 min. AutoVMAT-Pläne wurden verglichen zu manuell optimierten VMAT-Plänen als gleichwertig oder sogar besser erachtet. Für 6 von 16 Patienten ermöglichte autoVMAT eine Dosiseskalation im Tumor um 5–10 Gy.
Schlussfolgerung: Für die große Mehrheit von Patienten mit fortgeschrittenem NSCLC konnte ein klinisch applizierbarer, hochqualitativer autoVMAT-Plan vollautomatisch erstellt werden. Für eine Subgruppe ermöglichte autoVMAT eine Dosiseskalation im Tumor.
Keywords: Computer-assisted radiotherapy planning; Non-small cell lung carcinoma; Organs at risk; Radiotherapy, intensity-modulated; Volumetric-modulated arc therapy.