Evaluation of margins in pelvic lymph nodes and prostate radiotherapy and the impact of bladder and rectum on prostate position

• Published in: Cancer radiothérapie Vol. 25; no. 2; pp. 161 - 168
• Main Authors: Marnouche, E.A., Hadadi, K., Abdelhak, M., Benlemlih, M., Hommadi, M., Zaghba, N., Andaloussi Saghir, K., Elmarjany, M., Sifat, H., Mansouri, H.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: France Elsevier Masson SAS 01-04-2021
• Subjects: Adenocarcinoma - diagnostic imaging; Adenocarcinoma - drug therapy; Adenocarcinoma - pathology; Adenocarcinoma - radiotherapy; Algorithms; Analysis of Variance; Androgen Antagonists - therapeutic use; Bladder; Humans; Iliac Artery - diagnostic imaging; Iliac Vein - diagnostic imaging; Lymph Nodes - anatomy & histology; Lymph Nodes - diagnostic imaging; Lymphatic Irradiation - methods; Male; Organ Motion; Organs at Risk - anatomy & histology; Organs at Risk - diagnostic imaging; Pelvic Bones - anatomy & histology; Pelvic Bones - diagnostic imaging; Pelvis; Planning target volume; Prospective Studies; Prostate; Prostate - anatomy & histology; Prostate - diagnostic imaging; Prostate motion; Prostatic Neoplasms - diagnostic imaging; Prostatic Neoplasms - drug therapy; Prostatic Neoplasms - pathology; Prostatic Neoplasms - radiotherapy; Radiotherapy Planning, Computer-Assisted - methods; Radiotherapy Setup Errors; Radiotherapy, Conformal; Radiotherapy, Image-Guided; Rectum; Rectum - anatomy & histology; Rectum - diagnostic imaging; Setup errors; Statistics, Nonparametric; Tomography, X-Ray Computed; Tumor Burden; Urinary Bladder - anatomy & histology; Urinary Bladder - diagnostic imaging; Vessie; Volume cible prévisionnel ou de planification; Volume cible prévisionnel ou de planification; Planning target volume; Rectum; Bladder; Prostate motion; Prostate; Vessie; Setup errors
• ISSN: 1278-3218; 1769-6658
• DOI: 10.1016/j.canrad.2020.06.033

The aims of this study were: determination of the CTV to PTV margins for prostate and pelvic lymph nodes. Investigation of the impact of registration modality (pelvic bones or prostate) on the CTV to PTV margins of pelvic lymph nodes. Investigation of the variations of bladder and rectum over the treatment course. Investigation of the impact of bladder and rectum variations on prostate position.
This study included 15 patients treated for prostate adenocarcinoma. Daily kilo voltage images and weekly CBCT scans were performed to assess prostate displacements and common and external iliac vessels motion. These data was used to calculate the CTV to PTV margins using Van Herk equation in the setting of a daily bone registration. We also compared the CTV to PTV margins of pelvic lymph nodes according to registration method; based on pelvic bone or prostate. We delineated bladder and rectum on all CBCT scans to assess their variations over treatment course at 4 anatomic levels [1.5cm above pubic bone (PB), superior edge, mid- and inferior edge of PB].
Using Van Herk equation, the prostate CTV to PTV margins (bone registration) were 8.03mm, 5.42mm and 8.73mm in AP, ML and SI direction with more than 97% of prostate displacements were less than 5mm. The CTV to PTV margins ranged from 3.12mm to 3.25mm for external iliac vessels and from 3.12mm to 4.18mm for common iliac vessels. Compared to registration based on prostate alignment, bone registration resulted in an important reduction of the CTV to PTV margins up to 54.3% for external iliac vessels and up to 39.6% for common iliac vessels. There was no significant variation of the mean bladder volume over the treatment course. There was a significant variation of the mean rectal volume before and after the third week of treatment. After the third week, the mean rectal volume seemed to be stable. The uni- and multivariate analysis identified the anterior wall of rectum as independent factor acting on prostate motion in AP direction at 2 levels (superior edge of, mid PB). The right rectal wall influenced the prostate motion in ML direction at inferior edge of PB. The bladder volume tends toward significance as factor acting on prostate motion in AP direction.
We recommend CTV to PTV margins of 8mm, 6mm and 9mm in AP, ML and SI directions for prostate. And, we suggest 4mm and 5mm for external and common iliac vessels respectively. We also prefer registration based on bony landmarks to minimize bowel irradiation. More CBCT scans should be performed during the first 3weeks and especially the first week to check rectum volume.
Il s’agit d’une étude prospective ayant comme buts : la détermination des marges du volume cible prévisionnel (PTV) de la prostate et des aires ganglionnaires pelviennes. L’étude de l’impact du recalage prostatique par rapport au recalage osseux sur les marges du PTV des aires ganglionnaires pelviennes. L’étude des variations physiologiques rectales et vésicales au cours du traitement par radiothérapie. L’étude de l’impact de ces variations sur la position de la prostate.
Notre étude a inclus 15 patients.Nous avons réalisé des images orthogonales « kilovoltage » quotidiennes et des tomographies coniques hebdomadaires et on a mesuré les déplacements de la prostate et des vaisseaux sanguins iliaques. On a ainsi pu calculer les marges du PTV, selon la formule de Van Herk, à appliquer pour la prostate et les aires ganglionnaires iliaques dans le cadre d’un recalage osseux quotidien. Nous avons aussi réalisé une comparaison entre les marges du PTV des aires ganglionnaires pelviennes en fonction du recalage osseux ou prostati que. On a aussi mesuré les déplacements du rectum et de la vessie sur quatre niveaux anatomiques : A : 1,5cm au-dessus de la symphyse pubienne. B : bord supérieur de la symphyse pubienne. C : mi-symphyse pubienne. D : bord inférieur de la symphyse pubienne. Enfin, on a réalisé une analyse uni- et multivariée pour déterminer les facteurs modifiant la position de la prostate.
En cas de recalage osseux, les marges PTV prostatiques étaient respectivement 8,03mm, 5,42mm et 8,73mm pour les directions antérosupérieure, médiolatérale et supéro-inférieure. Plus de 97 % des déplacements prostatiques étaient moins de 5mm. Les marges du PTV pour les vaisseaux iliaques externes étaient entre 3,12mm et 3,25mm et entre 3,12mm et 4,18mm pour les vaisseaux iliaques primitifs. En comparaison avec le recalage prostatique, Le recalage osseux a permis de réduire les marges du PTV des aires ganglionnaires pelviennes. Cette réduction était jusqu’à 54,3 % pour les aires ganglionnaires iliaques externes et jusqu’à 39,6 % pour les aires ganglionnaires iliaques primitives. Il n’y avait pas de modification significative du volume vésicale en cours de l’irradiation. En revanche, le volume rectal a varié durant les trois premières semaines avec une stabilisation après la 3e semaine. L’analyse uni- et multifactorielle a identifié la paroi antérieure du rectum (aux niveaux B et C) comme facteur en relation avec les mouvements prostatiques antéropostérieurs. Le volume vésical paraît aussi influencer la prostate dans cette direction.
Nous préconisons des marges prostatiques de 8mm, 6mm et 9mm dans les directions antéropostérieure, médiolatérale et supéro-inférieure. Des marges de 4mm et de 5mm peuvent être respectivement proposées autour des aires ganglionnaires iliaques externes et primitives. Le recalage osseux a permis de réduire les marges du PTV des aires ganglionnaires pelviennes et ainsi de limiter l’irradiation de la cavité péritonéale.