Background: For several tumor entities, automated treatment planning has improved plan quality and planning efficiency, and may enable adaptive treatment approaches. Whole-pelvic prostate radiotherapy (WPRT) involves large concave target volumes, which present a challenge for volumetric arc therapy (VMAT) optimization. This study evaluates automated VMAT planning for WPRT-VMAT and compares the results with manual expert planning.
Methods: A system for fully automated multi-criterial plan generation was configured for each step of sequential-boost WPRT-VMAT, with final "autoVMAT" plans being automatically calculated by the Monaco treatment planning system (TPS; Elekta AB, Stockholm, Sweden). Configuration was based on manually generated VMAT plans (manualVMAT) of 5 test patients, the planning protocol, and discussions with the treating physician on wishes for plan improvements. AutoVMAT plans were then generated for another 30 evaluation patients and compared to manualVMAT plans. For all 35 patients, manualVMAT plans were optimized by expert planners using the Monaco TPS.
Results: AutoVMAT plans exhibited strongly improved organ sparing and higher conformity compared to manualVMAT. On average, mean doses (Dmean) of bladder and rectum were reduced by 10.7 and 4.5 Gy, respectively, by autoVMAT. Prostate target coverage (V95%) was slightly higher (+0.6%) with manualVMAT. In a blinded scoring session, the radiation oncologist preferred autoVMAT plans to manualVMAT plans for 27/30 patients. All treatment plans were considered clinically acceptable. The workload per patient was reduced by > 70 min.
Conclusion: Automated VMAT planning for complex WPRT dose distributions is feasible and creates treatment plans that are generally dosimetrically superior to manually optimized plans.
Hintergrund: Automatisierte Bestrahlungsplanung zeigte bei einigen Tumorentitäten Vorteile durch verbesserte Planqualität und höhere Planungseffizienz, was die Einführung adaptiver Bestrahlungstechniken erleichtern könnte. Die Ganzbecken-Prostatabestrahlung (WPRT) beinhaltet große konkave Zielvolumina und stellt eine Herausforderung für die Optimierung der volumenmodulierten Arc-Therapie (VMAT) dar. Die Studie evaluiert die automatisierte VMAT-Planung für WPRT und vergleicht die Ergebnisse mit der manuellen Planung.
Methoden: Ein System für die vollautomatisierte multikriterielle Planung wurde für die WPRT mit sequenziellem Boost konfiguriert, wobei die finalen AutoVMAT-Pläne im Monaco-Planungssystem (Elekta AB, Stockholm, Schweden) berechnet wurden. Die Konfiguration basierte auf manuell erstellten VMAT-Plänen (ManualVMAT) von 5 Testpatienten, dem klinischen Planungsprotokoll und Diskussionen mit dem behandelten Arzt zu Planverbesserungen. AutoVMAT-Pläne wurden für weitere 30 Evaluierungspatienten erstellt und mit ManualVMAT-Plänen verglichen. Die ManualVMAT-Pläne wurden für alle 35 Patienten von erfahrenen Planern in Monaco optimiert.
Ergebnisse: AutoVMAT-Pläne wiesen stark verbesserte Organschonung und höhere Konformität im Vergleich zu ManualVMAT-Plänen auf. Die mittlere Dosis (Dmean) von Harnblase und Rektum wurden im Durchschnitt um 10,7 und 4,5 Gy mit AutoVMAT reduziert. Die Zielgebietsabdeckung der Prostata (V95%) war für ManualVMAT etwas höher (+0,6 %). In einer Blindbewertung bevorzugte der behandelnde Radioonkologe den AutoVMAT-Plan gegenüber dem ManualVMAT-Plan bei 27/30 Patienten. Alle Bestrahlungspläne wurden als klinisch akzeptabel bewertet. Der manuelle Arbeitsaufwand pro Patient reduzierte sich um > 70 min.
Schlussfolgerung: Die automatisierte VMAT-Planung ist für komplexe Dosisverteilungen bei WPRT durchführbar und generiert im Allgemeinen Bestrahlungspläne, die den manuell optimierten Plänen dosimetrisch überlegen sind.
Keywords: Lymph nodes; Multicriteria optimization; Organs at risk; Prostate cancer; Volumetric modulated arc therapy.