Assessment of intraoperative 3D imaging alternatives for IOERT dose estimation

Abstract

Intraoperative electron radiation therapy (IOERT) involves irradiation of an unresected tumour or a post-resection tumour bed. The dose distribution is calculated from a preoperative computed tomography (CT) study acquired using a CT simulator. However, differences between the actual IOERT field and that calculated from the preoperative study arise as a result of patient position, surgical access, tumour resection and the IOERT set-up. Intraoperative CT imaging may then enable a more accurate estimation of dose distribution. In this study, we evaluated three kilovoltage (kV) CT scanners with the ability to acquire intraoperative images. Our findings indicate that current IOERT plans may be improved using data based on actual anatomical conditions during radiation. The systems studied were two portable systems (“O-arm”, a cone-beam CT [CBCT] system, and “BodyTom”, a multislice CT [MSCT] system) and one CBCT integrated in a conventional linear accelerator (LINAC) (“TrueBeam”). TrueBeam and BodyTom showed good results, as the gamma pass rates of their dose distributions compared to the gold standard (dose distributions calculated from images acquired with a CT simulator) were above 97% in most cases. The O-arm yielded a lower percentage of voxels fulfilling gamma criteria owing to its reduced field of view (which left it prone to truncation artefacts). Our results show that the images acquired using a portable CT or even a LINAC with on-board kV CBCT could be used to estimate the dose of IOERT and improve the possibility to evaluate and register the treatment administered to the patient.

Dosisverteilung wird aus einer präoperativen Computertomographie (CT)-Studie berechnet, für die ein CT-Simulator verwendet wurde. Resultierend aus der Patientenposition, dem chirurgischen Zugang, der Tumorresektion und dem IOERT-Aufbau tritt jedoch eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen IOERT-Feld und dem aus der präoperativen Aufnahme berechneten Feld auf. Die Intraoperative CT-Bildgebung kann unter diesen Umständen eine genauere Einschätzung der Dosisverteilung ermöglichen. In dieser Studie haben wir drei Kilovolt (kV)-Computertomographgeräte bewertet, die intraoperative Bilder erstellen können. Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass aktuelle IOERT-Behandlungspläne mittels Daten verbessert werden können, die auf tatsächlichen anatomischen Gegebenheiten während der Bestrahlung basieren. Es wurden zwei tragbare Systeme („O-Arm“, ein cone-beam-CT [CBCT]-System und „BodyTom“, ein Mehrschicht-CT [MSCT]-System) und ein in einen konventionellen Linearbeschleuniger integriertes CBCT-System (LINAC) namens „TrueBeam“ untersucht. TrueBeam und BodyTom zeigten gute Ergebnisse, da die Gamma-Akzeptanzrate der Dosisverteilungen im Vergleich zum Goldstandard (Berechnung der Dosisverteilungen anhand von mit einem CT-Simulator aufgenommenen Bildern) in den meisten Fällen über 97% lag. Der O-Arm ergab einen niedrigeren Prozentsatz an Voxel, die die Gamma-Kriterien erfüllen. Dies liegt an seinem verminderten Sichtfeld, das seine Anfälligkeit für Truncation-Artefakte erhöht. Unsere Ergebnisse belegen die Verwendbarkeit von Bildern zur Einschätzung der IOERT-Dosis, die mit Hilfe eines tragbaren CT oder sogar eines LINAC mit On-Board-kV-CBCT erstellt wurden. Hierdurch können die Behandlungsdosen der Patienten besser bewertet und erfasst werden.