Dinámica de seguimiento del tumor de pulmón para estereotáctica ablativa Radioterapia Corporal

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Kunos, C. A., Fabien, J. M., Shanahan, J. P., Collen, C., Gevaert, T., Poels, K., Van den Begin, R., Engels, B., De Ridder, M. Dynamic Lung Tumor Tracking for Stereotactic Ablative Body Radiation Therapy. J. Vis. Exp. (100), e52875, doi:10.3791/52875 (2015).

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Abstract

Los médicos consideran la terapia estereotáctica ablativa radiación del cuerpo (SBRT) para el tratamiento de cáncer extracraneales objetivos deben ser conscientes de los riesgos considerables para la lesión del tejido normal y los peligros de la señorita tumor físico. Una primera de su tipo plataforma SBRT logra alta precisión el tratamiento de radiación ablativa a través de una combinación de soluciones de imágenes en tiempo real y versátiles capacidades de seguimiento de tumores sofisticados. Utiliza diagnóstico dual-unidades de rayos X kV para estereoscópica retroalimentación de lazo abierto de la meta del cáncer movimiento intrafraction se producen como consecuencia de los movimientos respiratorios y latidos del corazón. Retroalimentación guiada por imágenes impulsa un acelerador de la radiación gimbaled (máximo 15 x 15 cm tamaño del campo) capaz de tiempo real de acción ± 4 cm panorámica y de inclinación. Robot impulsada ± 60 ° pivotes de un integrados ± 185 ° de rotación de pórtico permiten set-up ángulos coplanares y haz del acelerador no coplanares, en última instancia, permite grados de tratamiento únicas de la libertad. Estado-of-the-unsoftware rt ayuda en tiempo real de seis posicionamiento tridimensional, lo que garantiza la irradiación de blancos de cáncer con una precisión sub-milímetro (0,4 mm en el isocentro). El uso de estas características permite el tratamiento de los médicos para dirigir la dosis de radiación a dianas de tumores de cáncer, mientras que simultáneamente reduce la dosis de radiación a los tejidos normales. Mediante la adición de la respiración correlacionado tomografía computarizada (CT) y 2- [18 F] fluoro-2-desoxi-ᴅ-glucosa (18 F-FDG) tomografía por emisión de positrones (PET) las imágenes en el sistema de planificación para mejorar el contorno del tumor objetivo, la probabilidad del fallo del tumor física se convierte sustancialmente menos 1. En este artículo, describimos los nuevos planes de radiación para el tratamiento de tumores de pulmón en movimiento.

Introduction

Los cánceres de pulmón representan el mayor número de muertes relacionadas con cáncer en mujeres y hombres en todo el mundo 2. Hasta el 63% de los cánceres de pulmón persistentes o recurrentes involucrar tejido pulmonar que ya está gravada por la quimioterapia o previamente irradiado. 3,4. Además de la irradiación en los sitios de los tumores pulmonares persistentes o recurrentes puede conducir a la morbilidad pulmonar intolerable 5,6, especialmente cuando la cirugía convencional, la quimioterapia y la radiación ya han sido juzgados. Así, las mujeres y los hombres en tales circunstancias clínicas tienen necesidad de nuevas estrategias de terapia del cáncer similares a los tratamientos presentados antes en esta revista 7. Radioterapia corporal estereotáctica ablativa (SBRT) puede satisfacer esta necesidad terapéutica mediante la esterilización de los tumores de pulmón a través de la radiación de alta dosis, precisamente dirigida 8,9.

Hay una plataforma SBRT novela capaz de esta tarea terapéutica 10-12. Se separa de otras plataformas SBRT porla integración de las unidades de doble diagnóstico ExacTrac kV de rayos x (capaz de haz cónico computarizada localización objetivo tomografía) y una unidad de cámara de infrarrojos (capaz de seguimiento marcador de superficie corporal como un sustituto para movimiento interno) que tanto permiten estereoscópica retroalimentación de lazo abierto de cáncer orientar el movimiento intrafraction. También dispone de un ± 4 cm única gimbaled acelerador radiación panorámica y la inclinación que tiene formada por 60 hojas de tungsteno de aleación (0,25 cm de ancho, 11 cm física altura física) el haz de radiación. Utiliza una completa multi-hoja colimador sobre centro-viaje para un 15 x 15 cm tamaño máximo de campo. Incorpora un ± 60 ° pivotante junta tórica robot impulsado y ± 185 ° de rotación de pórtico permitiendo de configuración ángulos coplanares y haz del acelerador no coplanares y grados de tratamiento únicas de la libertad. Por último, tiene una precisión submilimétrica (0,4 mm en el isocentro) 13. En contraste, otras plataformas de radioterapia SBRT montan un acelerador de radiación clínica o bien a un brazo robótico industrial 14, o a un pórtico 15 helicoidal rebanada por rebanada, o dentro de una máquina convencional vinculado a radioterapia de intensidad modulada guiada por imagen o software de entrega de arco dinámica 16. Cada plataforma se acopla con una variedad de componentes de la máquina para seguir el movimiento resultante del movimiento de la respiración, latidos del corazón, o la digestión. Radiocirugía pulmón ha tenido éxito clínico 17,18, lo que hace la modalidad una opción de tratamiento novedoso en oncología de radiación 19,20. Este how-to artículo proporciona un nuevo protocolo de radioterapia que describe el seguimiento de tumores de pulmón dinámico para la intención de tratamiento terapéutico.

Protocol

Declaración ética: la aprobación del consejo de revisión institucional Summa Health System se obtuvo para este estudio.

1. Consulta Tratamiento

  1. Describa el nuevo tratamiento SBRT pulmón al paciente.
    NOTA: La nueva plataforma ofrece SBRT coplanares y altas dosis de radiación no coplanar con las metas de cáncer, mientras que la reducción de la dosis de radiación a los órganos no objetivo.
  2. Discuta los riesgos del tratamiento.
    NOTA: SBRT puede provocar hiperpigmentación posible a corto plazo de la piel o eritema, cansancio, tos frecuente, náuseas, esofagitis, y lesiones de órganos viscerales raro. Neumonitis, o inflamación del pulmón con febrícula y tos no productiva, se pueden producir hasta tres meses después del tratamiento. Las lesiones agudas o tardías al corazón, otros músculos, nervios periféricos o de la médula espinal, y el hueso son poco comunes. Hay un muy pequeño riesgo para malignidad inducida por radiación.

2. Fiducial Marker Colocación

  1. Educación Físicarforma guiada por TC percutánea o colocación broncoscópica de un solo marcador recubierto de oro inserta en la diana tumoral centro-de-masa.
    1. Pregunta a un radiólogo para realizar una 3-5 mm de espesor imágenes tomográficas axial contigua de pecho del paciente 7.
    2. Determinar un enfoque aguja segura minimizando tejido aireado pulmón atravesado (evitar ampollas y fisuras) 7.
    3. Inyectar anestesia subcutánea local (por ejemplo, 1% de lidocaína).
    4. Introducir 17 o 18 G aguja coaxial para colocar un solo corto (0,75 x 10 mm) o de un solo largo (0,75 x 20 mm) marcador de 10.
  2. Haga una broncoscopia guiada por navegación colocación marcador de referencia electromagnética pidiendo un neumólogo para adquirir imágenes tomográficas del pecho para el mapeo endobronquial 21.
    1. Cuña del broncoscopio en el segmento bronquial sospecha.
    2. Dirigir el sensor de la sonda broncoscopio a la lesión diana.
    3. Implementar una marca de referenciaer por aguja transbronquial.
      NOTA: Las técnicas para la radiocirugía-fiducial libre en el pulmón se consideran en investigación y sujeto a investigación activa 22,23.
  3. Como alternativa, para por lo menos tres (1,6 x 3 mm) marcadores de oro recubiertas de cortos que se colocan dentro de unos 6 cm 'caja' alrededor de la meta. Si se coloca más de un marcador de referencia, se recomienda una separación física de 2 cm entre los marcadores.

3. Planificación del tratamiento

  1. Realizar la simulación guiada por TC (descrito en los pasos 3.2 y 3.3) 4-7 días después de la colocación marcador de referencia.
  2. Pida al paciente que se encuentran en una de cabeza primero en decúbito supino sobre la mesa plana máquina de tratamiento.
    1. Coloque los brazos del paciente sobre su cabeza, con el apoyo de los titulares de brazo y muñeca superiores o un inmovilizador de vacío bolsa. Asegúrese de que el tórax y el abdomen no se inmovilizan.
    2. Opcionalmente, utilice una esponja rodilla localizada de dos pines para la indexación.
    3. Lugaral menos 4 marcadores corporales infrarrojos rastreado en el pecho para la localización. Marcadores de respiración-infrarrojos rastreado excesivamente regiones del cuerpo que demuestran el movimiento constante verticales respiratorio (3 mm o más movimiento de pico a pico se recomienda).
  3. Llevar a cabo una exploración helicoidal contigua no contrastada TC axial (1 mm de espesor rebanada, voltaje 120 kVp, mAs 350).
    NOTA: El tratamiento de los médicos pueden pedir un 4D CT scan tórax 12 o una tomografía computarizada del tórax 3D que incluye sin respiración, al final la inspiración, y la imagen apnea final de la espiración establece 24.
  4. Obtener 18 exploraciones F-FDG PET / CT para mejorar la captura de movimiento del tumor de pulmón.
    1. Pregunte a los pacientes a estar en una posición de exploración de cabeza primero por tomografía computarizada helicoidal contiguas (por ejemplo, la tensión de 120 kVp, mAs 450) desde la línea de orbitomeatal a los muslos durante la respiración tranquila.
    2. Adquirir 18 F-FDG PET después de la administración intravenosa de 11 mCi de 18F-FDG en promedio en el mismo scposición de la línea de orbitomeatal muslos anning durante la respiración tranquila. Si se utiliza esta técnica, 18 exploraciones F-FDG PET / CT son auto-contorneada por software fijado en un umbral SUVmax 40% y, a continuación, co-registradas con imágenes de simulación CT como se describe 1.
  5. Contornear el pulmón volumen primaria bruta de destino o volúmenes (GTVp) por mano de dibujo en conjuntos de datos 4D CT, preferiblemente la fase de exhalación. La ampliación de la GTVp con un margen de 5 mm crea el volumen del tumor de planificación (PTV). Planificación de la dosis de radiación se produce en la fase de exploración final de la espiración para el seguimiento dinámico.
    NOTA: Como una alternativa y al utilizar conjuntos de datos 3D de TC, la exploración de simulación CT sin respiración es la exploración de referencia. Usando esta técnica, la radiación tratamiento de contornos oncólogo del GTV en la respiración libre (GTVfb), inspiración (GTVi), y la espiración (GTVe) scans de simulación computarizada. Una de umbral del 40 por ciento de contorno máximo valor de captación estándar en las 18 imágenes F-FDG PET crea una 1. A ITV compuesto representa la suma de los volúmenes añadido GTVfb, GTVi, GTVe, y CTVpet. A 5 mm expansión del margen de la ITV compuesta crea un PTV. Aquí, la planificación de la dosis de radiación se produce en la exploración libre de la respiración para el seguimiento dinámico.
  6. Contorno cercanas estructuras de tejidos normales de dibujo en conjuntos de datos 4D CT, preferentemente la fase de exhalación mano. Esto puede incluir pulmonar normal, corazón más pericardio, esófago, hígado, riñones bilaterales, plexo braquial, y la médula espinal. Un contorno de la tráquea, bronquio principal derecho y el bronquio principal izquierdo se puede generar, se expandió 3 mm, y se utiliza como una restricción de la planificación de alta prioridad para evitar la fibrosis de las vías respiratorias toxicidad tardía.
  7. Haga clic en el botón dinámico de seguimiento en el software de planificación. Esta acción se acopla con el seguimiento de la cacerola e inclinación gimbaled en la nueva plataforma SBRT.
  8. Prescribir una dosis de radiación a la PTV. Considere uno de los tres radiación Monte Carlo prescripción de dosiss: 3 x 17 = 51 Gy Gy diariamente por lesiones pulmonares periféricas; 4 x 12 Gy = 48 Gy para las lesiones pulmonares centrales y las lesiones de la pared torácica periféricos; o cada dos días 5 x 10 Gy = 50 Gy. Con poca frecuencia cuando (es decir, el 95% de cobertura) o restricciones de órganos en riesgo no se cumplen las limitaciones de volumen de PTV, se puede utilizar una receta de 8 x 7,5 Gy = 60 Gy.

4. Tratamiento de entrega y de flujo de trabajo

  1. Construir un modelo de correlación respirar tranquilo después supina-cabeza-primera alineación.
    1. Coloque 4 (o un máximo de 6) marcadores corporales infrarrojos en el cuerpo en los mismos lugares marcados identificados en la simulación computarizada.
    2. Verificar la exactitud posicional de los marcadores del cuerpo y la alineación del paciente por la cámara infrarroja y pantallas en la consola del tratamiento.
      NOTA: posición del marcador del cuerpo sirve como un control de haz-on para el movimiento irregular, una tos tales.
    3. Adquirir de doble diagnóstico kV radiografías cruzada de avión o imágenes de TC de haz cónico en la consola del tratamiento para detectar marcadores implantados para p internaexactitud ositional.
    4. Asociado y el movimiento corporal marcador correlato (como un sustituto para la respiración) y el movimiento marcador interno implantado con el software de computadora conectada a la nueva plataforma de flujo de trabajo de SBRT.
      NOTA: Un método de localización alternativa implica la alineación ortogonal del paciente de acuerdo con la anterior y de simulación CT marcas de triangulación láser lateral tatuados y el uso de una matriz de referencia normalizado (estrella) con seis marcadores infrarrojos cuerpo impregnado.
  2. Generar un modelo de correlación movimiento del tumor de pulmón.
    1. Derivar una ruta panorámica y la inclinación de cardán para el acelerador para rastrear el movimiento del tumor utilizando software informático relacionado con el nuevo flujo de trabajo de la plataforma SBRT.
    2. Evaluar visualmente el modelo de correlación movimiento del tumor de pulmón antes de la entrega de la radiación.
  3. Observar la deriva marcador de referencia durante el parto radiación.
  4. Evaluar colisiones máquina paciente debido a la rotación de pórtico, pivote O-ring, y la acción pan-y-tilt cardáns antes de planificar la entrega.
    NOTA: El personal de la radiación llevará a cabo este paso. El tratamiento puede implicar ocho y cincuenta y cinco coplanares y tratamiento no coplanares vigas estáticas, de forma manual y visualmente controladas por el personal de administración de la radiación. Los tratamientos pueden durar 15-30 minutos, con tumores de pulmón modelo correlación movimiento verificaciones realizadas aproximadamente cada 7 minutos.

Representative Results

SBRT en la nueva plataforma actualmente involucra múltiples haces de radiación estática converger en objetivos de radiación clínicos asociados estrechamente simples o múltiples, como se muestra por ejemplo en la figura 1. Un buen resultado planificación representante administra la radiación ablativa con un 95% de cobertura del volumen blanco cáncer y el cáncer de destino la conformidad de la dosis. La figura 1 muestra 5 coplanares y 4 vigas no coplanares (es decir, la rotación del anillo + 20 ° para vigas de 2, 4, 6 y 8) usa para tratar un único PTV que representa el carcinoma de células escamosas en el pulmón derecho. Márgenes Beam para el PTV eran de un milímetro. La dosis de radiación, prescrito a la línea de isodosis del 95%, la cobertura vuelve PTV 95%, con un índice de conformidad de 1.48. La receta fue de 50 Gy en cinco cada día otros 10 fracciones Gy. Estructuras representadas aquí incluyen el volumen blanco de planificación (rojo), volumen de destino interno (blanco), la médula espinal (verde), y el esófago (azul claro). Líneas de isodosis son como se indica. </ P>

Figura 1
Figura 1:. Seguimiento del tumor dinámica de un tumor de pulmón en el lado derecho En la foto es un ejemplo de dosis de radiación ablativa (50 Gy en 10 Gy cada cinco otras fracciones días) entregado a un solo tumor de pulmón del lado derecho usando nueve vigas estáticos (azul / verde, 34 ° de diferencia). Las ventanas de software de planificación representan 4: (A) una viga y crítica Mapa estructura colisión, (B) beam's-ojo-vista (aquí, haz 1), (C) tridimensional computarizada y mapa reconstrucción viga, y (D) axial CT con distribución de la dosis.

Estructura Métrico Volumen Variación aceptable
PTV V50Gy ≥95% ≥90%
Dosis mínima 0,03 cm 3 ≥46 Gy (92%) ≥45 Gy (90%)
Dosis máxima 0,03 cm 3 ≤60 Gy (120%) ≤62.5 Gy (125%)
Medula espinal 0,03 cm 3 ≤15 Gy ≤22 Gy
Pulmón (menos GTV) V20Gy ≤10% ≤15%
Dosis media ≤8 Gy ≤10 Gy
Corazón / Pericardio 15 cm 3 ≤32 Gy ≤36 Gy
Esófago Dosis media ≤18 Gy ≤20 Gy
0,03 cm 3 ≤27 ​​Gy ≤30 Gy
Braquialplexo 0,03 cm 3 ≤24 Gy ≤30 Gy

Tabla 1: Estructura restricciones de planificación de tratamiento.

Discussion

Radiocirugía estereotáctica experiencias clínicas tempranas prometedores han impulsado la investigación de ensayos clínicos de radiación ablativa para el tratamiento de los cánceres de pulmón 25,26. La experiencia ha llevado a los investigadores a utilizar la radiación ablativa contra una variedad de tipos de tumores metástasis al pulmón 27,28. La nueva plataforma SBRT introduce un sistema de entrega de la radiación sobre todo en sintonía con el tratamiento de tumores en movimiento.

La nueva plataforma SBRT proporciona un tratamiento de rayos x invisible que se genera por un acelerador lineal montado dentro de un pórtico junta tórica pivotante. Un mecanismo de cardán permite el movimiento pan-y-inclinación del acelerador lineal, proporcionando el seguimiento del movimiento del tumor dinámico en tiempo. Rayos X del plano transversal kV duales se obtienen antes y durante el tratamiento para verificar el posicionamiento 6 grados de libertad paciente. Coplanares y no coplanares grados únicas de la libertad mejorar la entrega de altas dosis de radiación para el cáncer objetivos y al mismo tiempo reducir al mínimola dosis de radiación a los órganos viscerales críticos. Se prevé que el tratamiento esteriliza objetivos celulares de cáncer sin daño irreparable a las células normales de disminución de la toxicidad relacionada con la radiación. Estudio futuro de la nueva plataforma SBRT documentará cualquier ganancia en control de destino y cualquier reducción en los efectos secundarios.

La experiencia inicial con los nuevos programas de la plataforma SBRT prometen 10. Matices de seguimiento dinámico de pulmón los tumores continúan siendo exploradas; sin embargo, algunas generalizaciones son evidentes. Los tumores de pulmón demuestran movimiento menos de siete milímetros pueden tratarse mejor por una ITV compuesta además enfoque de expansión de 5 mm. Para los tumores pulmonares que muestran 7 mm o traducción más vertical, un enfoque de seguimiento dinámico utilizando un GTVp más 5 mm de expansión puede ser mejor para el tratamiento. Se necesitan más investigaciones definir estos límites. Además, 18 imágenes F-FDG PET superpuestas sobre 3D CT imagen conjuntos de datos suelen aumentar los volúmenes de ITV compuestos. Este enfoque asume volumen expansión debido a la 18 F-FDG señal de desprestigio que ocurre durante 3-5 min Tiempo bin del escáner PET. Un 40% thresholded 18 F-FDG volumen blanco clínico se ha estudiado y se ha utilizado en uno de nuestros programas 1. La investigación adicional caracterizar si 18 imágenes F-FDG PET replica adecuadamente se necesita histéresis tumor. Por último, hasta 3 lesiones en un solo pulmón pueden ser considerados para el tratamiento de una sola vez. De lo contrario, un enfoque secuencial se realiza.

Localización dinámica en la nueva plataforma SBRT utiliza un modelo de correlación movimiento del tumor de pulmón de predecir el movimiento del tumor de pulmón hasta 40 ms en el futuro. Posición y velocidad del cuerpo de infrarrojos y marcadores respiratorias se incluyen en el modelo. Una tasa de detección de marcador de 70% en kV adquiridas rayos X es un requisito para el seguimiento dinámico. Fiduciales son rastreados en tres dimensiones (es decir, x, y, z). Las imágenes generadas por las unidades kV de rayos X se registran y se comparan en tiempo real de forma automática. Olatencia bserved en seguimiento dinámico es debido a las limitaciones en el hardware panorámica y la inclinación de cardán, el procesamiento de software, y el rendimiento de control posicional de las unidades de rayos x kV. Investigadores de investigación se dedican a mejorar la latencia de seguimiento.

Durante la entrega de radiación usando seguimiento dinámico en la nueva plataforma SBRT, es fundamental para observar la deriva marcador de referencia. Tendencias en la deriva marcador de referencia más allá de las tolerancias predefinidas 3 mm en ningún resultado de dirección en el tratamiento de pausa iniciada por el operador o en bodega haz automático. Si se produce una pausa de tratamiento, se recomienda que los operadores permiten para la reanudación del movimiento respiración tranquila en los próximos varias respiraciones del paciente y luego reanudación tratamiento antes de modelo de correlación reconstruir. Si pausas no tienen éxito, el reposicionamiento del paciente, detección de movimiento marcador respiración infrarrojos, detección marcador kV, modelado correlación reconstruirse la están haciendo para reanudar el tratamiento. En nuestra experiencia, los modelos de correlación de respiración son precisos para up a 7 minutos, a menudo limitada por la tensión o la relajación del paciente mientras descansa sobre la mesa de tratamiento.

Siguen siendo preguntas sin respuesta. ¿Cuáles son las consecuencias radiobiológicos y modo de muerte celular en células normales y células cancerosas que ocurran después de la dosis de radiación ablativa? ¿Por qué ha sido tan difícil de combinar la radiación ablativa de alta precisión con radiosensitizing quimioterapias? Si bien es esencial para investigar otras modalidades de la entrega de la radiación ablativa en el pecho, no está claro en cuanto a si la radiación ablativa puede proporcionar una eficacia terapéutica equivalente como la cirugía torácica. De hecho, la cirugía torácica es la técnica más comúnmente utilizado y validado para lograr la erradicación del tumor en el pulmón cuando ya se han aplicado terapias convencionales. En este caso, la nueva plataforma de SBRT es un medio no invasivo innovadoras de tratamiento para las mujeres y los hombres con tumores de pulmón que muestra el movimiento.

Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgements

Esta investigación fue apoyada por el Instituto de Cáncer de Summa.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Vero SBRT Linac System 1.0 Brainlab, Inc. (Munich, Germany)
Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (Tokyo, Japan)
46300 High accuracy first-of-its-kind gimbaled irradiation head with tilt function and gantry rotation
Visicoil fiducial marker IBA Dosimetry America (Bartlett, TN, USA) 67245 0.75 x 10 mm marker or 0.75 x 20 mm marker
Gold fiducial marker Civco Medical Solutions (Orange City, IA, USA) MTNW887860 Sterile placement needle (14 G ETW x 20 cm) with one 1.6 x 3 mm marker

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