Does IMRT increase the peripheral radiation dose? A comparison of treatment plans 2000 and 2010

It has been reported in several papers and textbooks that IMRT treatments increase the peripheral dose in comparison with non-IMRT fields. But in clinical practice not only open fields have been used in the pre-IMRT era, but also fields with physical wedges or composed fields. The aim of this work is to test the hypothesis of increased peripheral dose when IMRT is used compared to standard conformal radiotherapy. Furthermore, the importance of the measured dose differences in clinical practice is discussed and compared with other new technologies for the cases where an increase of the peripheral dose was observed.For cancers of the head and neck, the cervix, the rectum and for the brain irradiation due to acute leukaemia, one to four plans have been calculated with IMRT or conformal standard technique (non-IMRT). In an anthropomorphic phantom the dose at a distance of 30 cm in cranio-caudal direction from the target edge was measured with TLDs using a linear accelerator Oncor ® (Siemens) for both techniques. IMRT was performed using step-and-shoot technique (7 to 11 beams), non-IMRT plans with different techniques.The results depended on the site of irradiation. For head and neck cancers IMRT resulted in an increase of 0.05 - 0.09% of the prescribed total dose (Dptv) or 40 - 70 mGy (Dptv = 65 Gy), compared to non-IMRT technique without wedges or a decrease of 0.16% (approx. 100 mGy) of the prescribed total dose compared to non-IMRT techniques with wedges.For the cervical cancer IMRT resulted in an increased dose in the periphery (+ 0.07% - 0.15% of Dptv or 30 - 70 mGy at Dptv = 45 Gy), for the rectal cancer in a dose reduction (0.21 - 0.26% of Dptv or 100 - 130 mGy at Dptv = 50 Gy) and for the brain irradiation in an increase dose (+ 0.05% of Dptv = 18 Gy or 9 mSv). In summary IMRT does not uniformly cause increased radiation dose in the periphery in the model used.It can be stated that these dose values are smaller than reported in earlier papers. Slightly increased additional radiation dose in the periphery is likely to be counterbalanced by the much higher conformity and the often better homogeneity.

ZusammenfassungEs wurde mehrfach in Publikationen und Lehrbüchern berichtet, dass IMRT-Behandlungen die periphere Dosis im Vergleich mit Nicht-IMRT-Feldern erhöhen. In der klinischen Routine wurden aber in der Vor-IMRT-Zeit nicht nur offene Felder verwendet, sondern auch Felder mit physischen Keilen oder aneinander gesetzte Felder. Das Ziel dieser Arbeit ist die Prüfung der Hypothese, ob die periphere Dosis bei verwendeter IMRT auch erhöht ist, wenn sie mit früheren Standardtechniken verglichen wird. Zusätzlich wird die Bedeutung der gemessenen Dosisunterschiede in der klinischen Praxis diskutiert und mit anderen neuen Technologien für die Fälle, wo ein Anstieg der peripheren Dosis beobachtet wurde, verglichen.Für Krebserkrankungen der HNO-Region, des Gebärmutterhalses, des Rektums und bei Hirnbestrahlung aufgrund akuter Leukämie wurden ein bis vier Pläne mit IMRT und in konformaler Standardtechnik ohne IMRT geplant. In einem anthropomorphen Phantom wurde anschließend die Dosis in einem Abstand von 30 cm in craniocaudaler Richtung vom Zielvolumenrand an einem Linearbeschleuniger Oncor ® (Siemens) mit TLDs für beide Techniken gemessen. Die IMRT wurde mit der Step-and-shoot-Technik (7 - 11 Felder) durchgeführt, Nicht-IMRT-Pläne mit verschiedenen Techniken.Die Ergebnisse hingen von der Bestrahlungsregion ab. Für HNO-Tumoren führte IMRT zu einem Anstieg von 0,05 - 0,09% der verordneten Gesamtdosis (Dptv) oder 40 - 70 mGy (Dptv = 65 Gy), verglichen mit Nicht-IMRT-Techniken ohne Keil, oder zu einer Verringerung von 0,16% (ca. 100 mGy) der verordneten Gesamtdosis im Vergleich zu Nicht-IMRT-Techniken mit Keil.Bei Gebärmutterhalskrebs führte IMRT zu einer erhöhten peripheren Dosis (+ 0,07 - 0,15% von Dptv oder 30 - 70 mGy bei Dptv = 45 Gy), für Rektumkrebs zu einer Dosisreduktion (0,21 - 0,26% von Dptv oder 100 - 130 mGy bei Dptv = 50 Gy) und bei der Hirnbestrahlung zu einer Dosiserhöhung (+0,05% von Dptv = 18 Gy oder 9 mSv). Zusammenfassend verursacht IMRT nicht immer eine erhöhte Strahlenbelastung in der Peripherie bei den verwendeten Fällen.Es kann eingeschätzt werden, dass diese Dosiswerte kleiner sind als in früheren Veröffentlichungen berichtet wurde. Eine mitunter erhöhte zusätzliche Strahlendosis in der Peripherie sollte gegenüber der deutlich besseren Konformität und der oftmals besseren Homogenität von nachgeordneter Bedeutung sein.