Breathing adapted radiotherapy of breast cancer: Investigation of two different gating techniques and visual guidance, using optical surface scanning and pressure monitoring

Abstract

Background and purpose: Post-operative adjuvant radiotherapy of left-sided breast cancer patients is associated with cardiac and pulmonary complication. By utilizing different respiratory gating techniques the absorbed dose to the heart and lung can decrease. The purpose of this study was to evaluate and compare enhanced inspiration gating (EIG) and deep inspiration breath hold (DIBH). The use of visual guidance for both the techniques was also evaluated.

Material and methods: Twenty healthy female volunteers were included in the study.The volunteers performed both EIG and DIBH, with and without visual guidance. A 3 mm gating window was introduced at an individual amplitude, based on a practice session, for both EIG and DIBH. To monitor the breathing and to have access to visual guidance the Catalyst(C-RAD positioning AB, Uppsala, Sweden) was used. Parameters such as reproducibility, stability and attendance in the gating window (PGW) were evaluated. Possible advantages of a pre-set delay of the irradiation when the patient’s chest entered the gating window were also investigated. The study also included pressure measurements with the I-scan system and sensor model 9801 (Tekscan Inc., South Boston, USA) which was placed under the patients scapulars. These novel pressure measurements were used to evaluate if there was any risk of patient lifting to enter the gating window, and thus not increase the spatial distance between the heart and the target volume. One last step in the study was to see how long the volunteers were able to hold their breath in the gating window.

Results: Spontaneously, without visual guidance, the volunteers breathe significantly deeper using DIBH compared to EIG, and thus increased the distance between the heart and the target volume. Theaverage chest amplitude for EIG was 10.8 ± 4.7mm (1 SD) and for DIBH 12.9 ± 5.8 mm. The reproducibility and PGW improved for both techniques when visual guidance was used. The stability did not indicate any particular trend. The pressure measurements showed that there was a possible risk that the volunteerslifted from the couch, which was more prominent for high amplitudes (∼2.5 cm) and when visually guided. The volunteers where able to hold their breath 57.2 ± 22.5 s on average.

Conclusion: According to this study there are major advantages using DIBH and visual guidance. DIBH resulted in higher amplitudes which could result in cardiac and pulmonary dose sparing. To prevent patient lifting, patients should not be pushed to perform too high amplitudes. There are no benefits of changing gating method from EIG to DIBH if no visual guidance can be provided regarding reproducibility, stability and PGW.

Abstract (Swedish)

Bröstcancer är den vanligaste cancerformen hos kvinnor i Sverige och står ensam för 30 % av cancerdiagnoserna. Detta innebär att varje dag får 20 kvinnor beskedet att de har drabbats av bröstcancer. Idag får ungefär 50 % av alla cancerpatienter strålbehandling och på strålbehandlingsavdelningen vid Skånes universitetssjukhus (SUS) behandlas flertalet bröstcancerpatienter dagligen.

Vanligast är att patienterna kommer till strålbehandlingsavdelningen efter att ha genomgått kirurgi där antingen hela eller delar av bröstet har tagits bort. Vid strålbehandling bestrålar man det sjuka området med högenergetisk strålning. Strålningen tar sig in i vävnaden och förstör cellerna. Genom att bestråla det område där tumören var placerad hoppas man kunna förstöra tumörceller som kirurgin inte lyckats ta bort, vilket minskar risken för att sjukdomen ska komma tillbaka.

Problem kan uppstå när en patient har cancer i vänster bröst eftersom man vid bestrålning av detta område även levererar en viss strålning till hjärtat. Hur noggrant man än riktar strålningen ligger hjärtat och bröstet ofrånkomligt nära varandra. Studier har visat att personer som överlevt sin vänstersidiga bröstcancer har en förhöjd risk att insjukna i hjärtsjukdomar.

För att minska strålningen till hjärtat kan man använda sig av en behandlingsteknik som kallas gating. Med gating utnyttjar man att avståndet mellan hjärta och bröst rent anatomiskt blir större då man andas in. Genom att låta patienten djupandas på ett visst förbestämt sätt kan man se till att endast bestråla då hjärtat är så långt ifrån bröstet som möjligt och därmed undvika att bestråla hjärtat.

Dessa gatingbehandlingar tar ofta lång tid och det kan vara ansträngande för patienten att andas i önskad takt och amplitud. I detta examensarbete har en alternativgatingmetod jämförts med den befintliga i hopp om att kunna förbättra behandlingen och göra det lättare för patienterna. Man har även tittat på om det skulle hjälpa patienterna att få se och följa sin andning på en skärm under själva behandlingen genom så kallad visuell guidning.

Den befintliga metoden innebär att patienten djupandas kontinuerligt enligt ett visst tempo. Vid varje andetag levererar en viss mängd strålning. Den nya metoden innebär att patienten, istället för att djupandas kontinuerligt, tar färre djupa andetag och istället försöker håller andan längreoch på detta sätt kan mer strålning levererar per andetag.

Resultaten av examensarbetet visar att i dagsläget, när man ej har tillgång till visuell guidning, är den befintliga tekniken bättre än den nya. Dock visade det sig att visuell guidning var till stor hjälp och att det hade varit till stor fördel om detta infördes. Om visuell guidning införs bör man dock byta ut den nuvarande tekniken till den nya. Detta hade resulterat i bättre och snabbare behandlingar vilket hade varit bra för patienterna och även hälsoekonomiskt gynnsamt.

• author: Bergh, Lovisa
• supervisor: Sofie Ceberg; Anneli Edvardsson; Fredrik Nordström
• organization: Medical Physics Programme; Medical Radiation Physics, Lund
• course: MSFT01
• year: 2014
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Medicine and Health Sciences
• language: English
• id: 4623050
• date added to LUP: 2014-09-04 22:48:13
• date last changed: 2017-01-09 16:32:40