Gating and tracking, 4D in thoracic tumours

The limited ability to control for a tumour's location compromises the accuracy with which radiation can be delivered to tumour-bearing tissue. The resultant requirement for larger treatment volumes to accommodate target uncertainty restricts the radiation dose because more surrounding normal tissue is exposed. With image-guided radiation therapy (IGRT), these volumes can be optimized and tumouricidal doses may be delivered, achieving maximum tumour control with minimal complications. Moreover, with the ability of high precision dose delivery and real-time knowledge of the target volume location, IGRT has initiated the exploration of new indications in radiotherapy such as hypofractionated radiotherapy (or stereotactic body radiotherapy), deliberate inhomogeneous dose distributions coping with tumour heterogeneity (dose painting by numbers and biologically conformal radiation therapy), and adaptive radiotherapy. In short: “individualized radiotherapy”. Tumour motion management, especially for thoracic tumours, is a particular problem in this context both for the delineation of tumours and organs at risk as well as during the actual treatment delivery. The latter will be covered in this paper with some examples based on the experience of the UZ Brussel. With the introduction of the NOVALIS system (BrainLAB, Feldkirchen, Germany) in 2000 and consecutive prototypes of the ExacTrac IGRT system, gradually a hypofractionation treatment protocol was introduced for the treatment of lung tumours and liver metastases evolving from motion-encompassing techniques towards respiratory-gated radiation therapy with audio-visual feedback and most recently dynamic tracking using the VERO system (BrainLAB, Feldkirchen, Germany). This evolution will be used to illustrate the recent developments in this particular field of research.

RésuméLa capacité limitée de contrôler la position de la tumeur compromet la précision avec laquelle l’irradiation est délivrée aux tissus tumoraux. Il en résulte une augmentation du volume irradié pour inclure le volume cible et une diminution de la dose du fait de l’augmentation du volume de tissus sains irradiés. Avec la technique de la radiothérapie guidée par l’image (IGRT), ces volumes cibles peuvent être optimisés et une dose plus forte délivrée, pour un taux de contrôle tumoral maximal et des effets secondaires minimaux. En outre, avec la capacité de délivrer la dose avec une haute précision et la connaissance en temps réel de la position du volume cible, la radiothérapie guidée par l’image a permis l’exploration de nouvelles indications, comme la radiothérapie hypofractionnée, la radiothérapie délibérément adaptée à l’hétérogénéité de la tumeur (dose painting), et la radiothérapie adaptive. Ces approches correspondent à « une radiothérapie individualisée ». La gestion des tumeurs mobiles, spécialement celles du thorax, est un problème particulier dans ce contexte, aussi bien pour la délinéation du volume cible et des organes à risque que pour la réalisation du traitement. Ces aspects seront présentés dans cette publication avec quelques exemples de l’UZ Brussel. Avec l’introduction du système Novalis® (BrainLAB™, Feldkirchren, Allemagne) en 2000 et consécutivement à l’introduction du prototype ExacTrac IGRT, un protocole de traitement a été élaboré peu à peu pour les tumeurs pulmonaires et les métastases hépatiques, depuis la prise en compte du mouvement des cibles jusqu’au gating respiratoire avec guidage « audio-visuel » et plus récemment le tracking dynamique avec le système Vero® (BrainLAB™, Feldkirchren, Allemagne). Ces évolutions seront utilisées pour illustrer les développements récents dans ce domaine particulier de recherche.