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PLOS ONE: Selección dosimétrico para TomoTherapy helicoidal basada estereotáctica ablativa Radioterapia para en etapa temprana de células no pequeñas Cáncer de pulmón o de pulmón Metastases


Extracto

Antecedentes

No hay criterios de selección de TomoTherapy helicoidal (HT ) ha establecido en base radioterapia estereotáctica ablativa (SABR) para tratar el cáncer no microcítico estadio temprano de pulmón (NSCLC) o metástasis pulmonares solitarios. En este estudio, investigamos los criterios de selección dosimétricos para SABR basado HT entrega de 70 Gy en 10 fracciones para evitar la toxicidad grave en el tratamiento de lesiones localizadas en el centro cuando se desea una cobertura adecuada dosis objetivo.

Materiales y Métodos

78 HT-SABR previsto para se crearon lesiones pulmonares solitarios para prescribir 70 Gy en 10 fracciones en el volumen blanco de planificación (PTV). El PTV se fija para tener ≥95% PTV recibir 70 Gy en cada caso. Los casos en los que las restricciones de dosis para ≥1 OAR no podrían alcanzarse sin comprometer la cobertura dosis objetivo se compararon con los casos para los que se cumplen todas las restricciones de dosis objetivo y OAR.

Resultados

Había 23 lesiones centrales para los que las restricciones de dosis OAR no podrían alcanzarse sin comprometer la cobertura dosis PTV. En comparación con los casos para los cuales se generaron planes SABR basada en óptimas HT, que se asociaron con mayor tamaño del tumor (5,72 ± 1,96 frente a 3,74 cm ± 1.49 cm,
p Hotel & lt; 0,0001), la dosis más alta de pulmón, el aumento número de remos inmediatamente adyacentes (3,45 ± 1,34 vs. 1,66 ± 0,81,
p Hotel & lt; 0,0001), y la distancia más corta a los remos más cercanos (GTV: 0,26 ± 0,22 vs. 0,88 cm ± 0,54 cm,
p Hotel & lt; 0,0001; PTV 0,19 ± 0,18 vs. 0,48 cm ± 0.36 cm,
p = 0,0001
)

Conclusión

Entrega de 70 Gy en. 10 fracciones con HT para satisfacer toda la OAR dado y las restricciones de dosis PTV es más probable cuando se cumplen los siguientes parámetros: lesiones pulmonares ≤3.78 cm (11,98 cc), ≤ 2 remos inmediatamente adyacentes que son ≥ 0,45 cm de la lesión macroscópica y ≥ 0.21 cm del PTV

Visto: Chi. A, Z Liao, Nguyen NP, Xu J, Welsh JS, Jang SY, et al. (2012) Selección dosimétrico para TomoTherapy helicoidal basada estereotáctica ablativa Radioterapia para en etapa temprana de células no pequeñas Cáncer de pulmón o metástasis pulmonares. PLoS ONE 7 (4): e35809. doi: 10.1371 /journal.pone.0035809

Editor: Nils Cordes, Universidad de Tecnología de Dresden, Alemania |
Recibido: 1 de Febrero, 2012; Aceptado: March 22, 2012; Publicado: 25 Abril 2012

Derechos de Autor © 2012 Chi et al. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons Attribution License, que permite el uso ilimitado, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que el autor original y la fuente se acreditan

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Introducción

TomoTherapy helicoidal (HT) es una tecnología que ofrece radioterapia modulada intensidad de haz en abanico (IMRT) bajo la guía megavoltage tomografía computarizada (MVCT) con la rotación de pórtico continua y síncrona y el movimiento sofá durante la entrega de radiación [1]. Image IMRT guiada entregado a través de HT se ha demostrado que ser capaz de generar la distribución de dosis altamente conformal en diversos sitios anatómicos desde su adaptación clínica [2]. Cuando se compara con otras técnicas de administración de la radiación, tales como tres radioterapia conformada tridimensional (3D-CRT) y la IMRT basado acelerador lineal convencional, se puede generar la preservación del tejido y la dosis objetivo homogeneidad superior normal como se muestra en algunos estudios [3] - [5]. Por lo tanto, puede proporcionar una ventaja dosimétrica en la preservación de órganos críticos en riesgo (OAR) en casos complejos, tales como la entrega de radioterapia estereotáctica ablativa (SABR) en el tratamiento de la fase inicial céntrico cáncer no microcítico de pulmón no microcítico (CPNM ) o metástasis pulmonares solitarios de otras primarias debido a su capacidad para generar la evitación dosis altamente conformal de los remos. Esto es de importancia clínica fundamental en la prevención de toxicidades graves asociadas con SABR (también llamada radioterapia corporal estereotáctica, SBRT), debido a que estas toxicidades son en su mayoría asociados con la ubicación central y muy cerca de estructuras críticas en el tórax [6] - [10 ].

Hemos demostrado previamente la viabilidad de SABR a base de HT para el tratamiento de las lesiones pulmonares céntricos [11]. Sin embargo, hay indicaciones para la selección de candidatos óptimos para este procedimiento se encontró después de una búsqueda sistemática y extensa de la literatura sobre SABR a través del PubMed, y los motores de búsqueda de Google académico. Esto nos llevó a investigar los criterios de selección de dosimetría por Razón de HT SABR en pacientes con solitaria en etapa temprana CPNM o tumores pulmonares metastásicos utilizando el programa de dosis fraccionada más común usado en nuestra institución, 7 Gy × 10 fracciones, que elegimos debido a la se informó anteriormente excelente control local (& gt; 90%) y mínima toxicidad asociada con este régimen, incluso para grandes tumores [12]. Una dosis biológicamente eficaz mínima de 100 Gy
10 o superior se requiere para el control local óptima [13]. La CAMA correspondiente a este esquema de fraccionamiento es de 119 Gy
10. Este estudio proporcionará directrices preliminares en la selección de las primeras etapas céntrico NSCLC y metástasis pulmonares solitarios para el diseño de futuros estudios clínicos prospectivos en SABR basado-HT en el tórax.

Materiales y Métodos

Paciente y las características del tumor

Este estudio ha sido aprobado por el borad de revisión institucional (IRB) de la Universidad de Arizona. Dado que no hay seres humanos reales participó, no era necesario el consentimiento informado por IRB. Un total de setenta y ocho pacientes que se sometieron a terapia de radiación para el estadio I-II NSCLC, se han incluido las recurrencias aisladas de un pulmón primario o metástasis al pulmón de otros primarias en el departamento de Oncología de Radiación de la Universidad de Arizona, 2005-2011 en este estudio. Recuperamos la planificación previa de CT para cada paciente para delinear el tumor macroscópico. Entre ellos, se identificaron 58 lesiones localizadas centralmente. Ubicación central se define como el área dentro de 2 cm del árbol bronquial proximal, que incluye la tráquea inferior, carina, bronquios principales, y los bronquios lobar. Las estructuras críticas son el esófago, el corazón, la médula espinal, los principales vasos sanguíneos, la tráquea distal, y el árbol bronquial proximal en la mayoría de los casos. En raras ocasiones, el plexo braquial, y el estómago también se encontraban en las proximidades de la enfermedad macroscópica.

Objetivo delimitación volumen y la planificación del tratamiento SBRT

Todo el trazado de destino se llevó a cabo en el sistema de planificación de tratamiento de Pinnacle (Philips Medical Systems, Bothell, WA). Posteriormente, la planificación de escaneo CT de cada paciente y los contornos se transfirieron al sistema de planificación de la TomoTherapy helicoidal (Tomotherapy Inc.) para la planificación del tratamiento. El volumen blanco de planificación (PTV) fue el volumen blanco clínico (CTV), con una expansión de 5 mm para dar cuenta de los errores creados y el movimiento del tumor residual. La CTV es igual al volumen total del tumor (GTV) y sus áreas inmediatamente adyacentes que se sienten como de alto riesgo para la extensión de la enfermedad microscópica. Los pulmones, el esófago, la médula espinal y el corazón fueron contorneados para cada paciente. Los principales vasos, las principales vías respiratorias y otras estructuras adicionales fueron contorneados sólo cuando estaban junto a la GTV. Se generaron

Los planes de tratamiento en el sistema de planificación de Hi-Art Tomotherapy utilizando fotones de 6 MV entregados sin un filtro de aplanamiento. Un colimador binario de hojas múltiples (MLC) con un ancho de la hoja que se proyecta a una anchura 6,25 mm en el isocentro que es de 85 cm de distancia de la fuente de fotones de rayos X. En los planos, se utilizaron tamaños de abertura longitudinales de 1,05 cm o 2,5 cm, y el tono de 0,3. La tasa de dosis nominal en el isocentro fue de 870 cGy /min (SAD). Un factor de modulación de 3 se fijó en el comienzo del proceso de optimización. Todos los planes de SBRT prescriben 70 Gy aplicados en 10 fracciones diarias para el PTV con correcciones heterogeneidad utilizando el algoritmo de convolución superposición.

Todos los planes fueron optimizados para tener por lo menos el 95% de la PTV recibir el 100% de la dosis de prescripción , que está de acuerdo con la sociedad Americana de Oncología de radiación terapéutica (ASTRO) 's libro blanco [14]. Las limitaciones de volumen de dosis utilizadas en nuestra institución se muestran en la Tabla 1, que se describen en más detalle en nuestra publicación anterior [11]. Estos parámetros (10 fracciones) se aproximan a los utilizados en los RTOG 0236 (3 fracciones) [15] en su efecto de isodosis biológicamente equivalente, que se calcula con la formulismo cuadrática lineal utilizando una relación de α /β de 3. Una relación de α /β de 2 y la probabilidad de movimiento del paciente intrafractional también fue tomada en cuenta al derivar una restricción de dosis razonable para la médula espinal. restricciones de dosis de punto máximo se utilizaron como en línea con los utilizados en el RTOG 0236, debido a que la mayoría de los remos torácicos distintos de los pulmones eran estructuras de serie, graves daños a incluso un pequeño punto podría ser catastrófico como la reportada por Onimaru
et al
[9], [16]. la cobertura del volumen de destino tenía prioridad sobre las restricciones de dosis para los remos en cada caso debido a la preocupación por la disminución significativa en la probabilidad de control tumoral (TCP) cuando hay subcaudales significativos de puntos fríos [17].

análisis de los datos

el tamaño y la ubicación de la GTV (y PTV); el número de estructuras críticas adyacentes dentro de 2 cm desde el borde de la GTV; y las distancias del GTV y PTV a cada una de estas estructuras adyacentes, respectivamente, se registraron para cada paciente. Estos parámetros, y las dosis a la PTV & amp; los remos para los pacientes cuyo tratamiento planes respondido a las restricciones de dosis indicados se han comparado con los de los pacientes cuyos planes de tratamiento no cumplido estas restricciones utilizando la prueba t.

Resultados

Los criterios de cobertura de PTV ≥95% del PTV recibir 70 Gy (PTV%
70 Gy) se encontró con los 78 planes de tratamiento. Entre ellos, las restricciones de dosis para los remos no podrían ser satisfechos con el fin de mantener una cobertura adecuada PTV durante 23 lesiones localizadas en el centro (Central
no). La dosis que cubre 95% de la PTV (D
95),% PTV
70 Gy, y la dosis máxima a la PTV (PTV
max) para este grupo de lesiones se compararon con los de 35 centro (central) y 20 lesiones periféricas (periféricos) para los que los planes de HT SABR cumplieron con todos los parámetros y PTV dosis OAR. Los resultados se resumen en la Tabla 2. El PTV
máx fue significativamente mayor, mientras que el D
95% y PTV
70 Gy fueron significativamente menores en el
ningún grupo central.


dosis a los pulmones

la dosis a los pulmones se evalúa principalmente por la dosis a la pulmonar total (volumen
pulmón izquierdo + volumen
pulmón derecho-GTV). No hubo diferencia estadísticamente significativa en los volúmenes del total de pulmón, el pulmón ipsilateral, y el pulmón contralateral entre los tres grupos de lesiones (
p
& gt; 0,05). Los parámetros utilizados comúnmente de la dosis media de pulmón (MLD), y el volumen del pulmón total de la recepción de 5 Gy, 10 Gy, y 20 Gy (V
5, V
10, y V
20) se enumeran en la Tabla 3. El V
20 se mantuvo por debajo de 20% para los tres tipos de lesiones. El DLM para el total del pulmón parece ser mayor en el
ningún grupo central. Sin embargo, estaba por debajo de la restricción MLD para la mayoría de los casos en este grupo.

El DLM, V
5, V
10, y V
20 para el mismo lado y la pulmones contralaterales también se muestran en la Tabla 3 para explorar el grado de preservación de pulmón contralateral en SABR basado-HT. Se encontró que los tres tipos de lesiones de tener dosis significativamente más bajas en el pulmón contralateral en comparación con que al pulmón ipsilateral (
p
& lt; 0,0001). Vale la pena mencionar es que el DLM y V
20 para el pulmón ipsilateral son significativamente más altos para todas las lesiones centrales, y MLD del pulmón contralateral y V
5 se encuentran a ser mayor en la central
ningún grupo cuando en comparación con los otros dos grupos.

dosis a los otros remos

la dosis máxima recibida por la médula espinal, el esófago, el corazón, las principales vías aéreas, y los principales vasos se resumen en la Tabla 4. la central
ningún grupo se encontró que tenía dosis significativamente más altos para todos los remos en comparación con otros dos grupos de lesiones pulmonares.

Factores que influyen en la viabilidad de base-HT SBRT

Un conjunto de factores tumorales fueron investigados para caracterizar las lesiones en el Centro
ningún grupo en comparación con los otros dos grupos de lesiones. Los resultados se resumen en la Tabla 5. El tamaño del tumor para la central
ningún grupo fue significativamente mayor. Estas lesiones centrales, para lo cual SABR a base de HT no es factible, tenían más de 2 estructuras críticas adyacentes a la GTV. Además, eran significativamente más cerca de las estructuras críticas con un remo promedio a GTV, y las distancias PTV de 0,26 cm, y 0,19 cm, respectivamente. La distribución media de nuestros datos sugiere a los candidatos más idóneos para SABR a base de HT deben tener GTV≤3. 78 cm, o 11,98 cc; PTV≤4.90 cm o 34,43 cc; ≤ 2 estructuras adyacentes separadas inmediatamente adyacentes a la GTV, el GTV mínimo la distancia OAR de ≥ 0,45 cm, y el PTV mínima para la distancia de OAR ≥0.21 cm.

La mayoría de las lesiones fue de los lóbulos superiores izquierdo o derecho de los pulmones de las lesiones localizadas en el centro y las lesiones periféricas. Fueron consistieron en 68.42%, 47.82%, y el 65% de la central, central
no, y los grupos periféricos de lesiones (
p Hotel & gt; 0,05).

Discusión

SABR o SBRT ha surgido para convertirse en un importante enfoque de tratamiento para las primeras etapas de NSCLC o metástasis de pulmón con un excelente control local en los últimos años [18], [19]. Sin embargo, las toxicidades graves siguientes SABR se han asociado con lesiones localizadas centralmente, que están en estrecha proximidad a órganos críticos [7] - [10]. Las complicaciones fatales reportados, en su mayoría de grado 5 hemoptisis, se asocian generalmente con una alta dosis suministrada por fracción. Esto es presumiblemente debido a la dosis de radiación excesiva a las estructuras normales (Tabla 6) [7], [8], [10], [20] - [23]. Por lo tanto, el médico se enfrenta a un dilema en esta situación: La reducción de la dosis de radiación o poner en peligro la meta de cobertura puede estar asociada con un alto riesgo de recidiva local y la muerte de la progresión del tumor; o la entrega de una alta dosis de radiación que puede conducir a efectos tóxicos relacionados con el tratamiento potencialmente fatales. Esto nos llevó a buscar un programa de fraccionamiento de la dosis óptima que puede entregar de forma fiable una dosis alta al tumor, respetando las restricciones a los tejidos circundantes normales. En un estudio anterior, hemos demostrado que TomoTherapy helicoidal, en virtud de su enfoque de administración de radiación único, puede ser el sistema de entrega IMRT ideal cuando el tratamiento de las lesiones centrales con SABR debido al gradiente de dosis aguda que genera, sobre todo para el 7 Gy × 10 fracciones el programa [11]

En el estudio actual, caracterizamos aún más los parámetros físicos y geométricos de las lesiones pulmonares solitarios (centro de & amp; periférica). de pacientes en los que los parámetros de dosis objetivo y OAR adecuada puede estar satisfecho para HT-basada SABR. Las restricciones de dosis OAR están en línea con los utilizados en el ensayo RTOG fase II (0236) en la SBRT para periférica T1-2N0M0 NSCLC en términos del efecto de isodosis a través del formalismo cuadrática lineal. En RTOG 0236, se informó de sólo el 3,6% de grado 4 SBRT y la toxicidad relacionada con la ausencia de toxicidad de grado 5 [15]. La dosis de la médula espinal se mantuvo bajo debido a la preocupación de mayor riesgo para el movimiento intrafractional cuando la entrega de SABR en casos complicados, que a menudo lleva mucho tiempo. Sin embargo, la baja dosis a la médula espinal se consigue fácilmente en nuestra experiencia. En casos difíciles, estamos dispuestos a aceptar una dosis máxima de la médula espinal de 30 Gy, que todavía son aceptables en base a la práctica aceptada de tratamiento de las metástasis que causan compresión de la médula espinal; y las recomendaciones que sugieren que QUNTEC 21 Gy aplicados en 3 fracciones será traducida a & lt; 1% de riesgo de mielopatía [24]. Además, los tratamientos SABR /SBRT suministrar una dosis cuadrática lineal media de 2 Gy equivalente (EQD
2) de 36,4 Gy (α /β de 2) como dosis máxima punto se encontró que era segura, sin ocurrencia de mielopatía, que también apoya nuestra práctica de mantener nuestra dosis máxima punto a ligeramente & lt; 30 Gy cuando se puede conseguir fácilmente [25]. En nuestra experiencia limitada, sin toxicidad se ha encontrado en los pacientes que fueron tratados con el actual conjunto de restricciones de dosis utilizada (Tabla 1).

Para nuestro mejor conocimiento, este es el primer estudio que establece un conjunto de preliminar , directrices dosimétricos aún clínicamente aplicables a las ayudas a la selección de las lesiones localizadas en el centro para SABR a base de HT. El 7 Gy × horario 10 fracción se eligió principalmente debido a preocupaciones de toxicidad al tejido normal significativo asociado con fraccionamientos horarios de duración más corta cuando se trataron lesiones localizadas centralmente [7] - [10], [20] - [23]. Además, el tiempo de tratamiento para la entrega de una dosis alta es por lo general bastante largo para TomoTherapy helicoidal. Como resultado, la mayoría de las instituciones suelen dividir las dosis fraccionadas ≥10 Gy en dos tratamientos consecutivos de igual dosis con MVCT pretratamiento configurar la verificación antes de cada tratamiento sobre una base diaria. Este enfoque de tratamiento parece ser un inconveniente y consume mucho tiempo en una clínica ocupado. Por el contrario, el programa de 10 fracción no sólo se encuentra asociado con un excelente perfil de toxicidad con solamente 1 caso de grado 3 neumonitis de 43 pacientes cuando se trataron bastante grandes tumores, pero también proporciona una fracción de la dosis que puede ser entregada en 1 tratamiento con TomoTherapy helicoidal [12]. Por lo tanto, este esquema parece ser una muy buena opción entre los muchos programas de tratamiento bien probados cuando se trata de tratar las lesiones centrales con TomoTherapy helicoidal. Los resultados indican que las lesiones grandes, ubicados centralmente que se encuentran en las proximidades de múltiples RTO son difíciles de tratar sin una sobredosis OARs si se desea la cobertura de la dosis objetivo óptimo. Estas lesiones tienden a estar asociados con la distribución heterogénea significativamente más dosis en el PTV, y más dispersión dosis en el pulmón contralateral (Tablas 2 y 3). lesiones centrales más grandes generalmente están más cerca de las estructuras torácicas críticos inmediatamente adyacentes que las lesiones centrales de un tamaño más pequeño. Por lo tanto, exigiendo un gradiente dosis más agudo que se genere entre el borde del PTV y los remos inmediatamente adyacentes. Sin embargo, a menudo son rodeados de un mayor número de remos, lo que limita en gran medida el ángulo de entrada para los haces que entran con, por lo que cubre adecuadamente la PTV sin depositar una dosis alta en las estructuras inmediatamente adyacentes imposibles
.
Debido la limitación de la modulación de la intensidad impuesta por el aumento del número de los remos asociados con lesiones centrales grandes, SABR basado-HT no puede ser la técnica de tratamiento más óptimo si se desea cobertura objetivo óptimo, incluso si se consideran otros esquemas de dosis de fraccionamiento. Esto se evidencia en un estudio realizado por Baisden
et al
utilizando en su mayoría 3 horarios fracción de varias dosis, que tenían que aceptar la cobertura menos óptima dosis de destino cuando un remo está muy cerca del tumor [26]. En tales situaciones, una dosis alta entregado a través de un curso más prolongado mientras que la contabilidad para la reducción del tumor puede ser una buena alternativa a SABR. Sin embargo, esto tendrá que investigarse más a fondo en el futuro
.
La dosis pulmonar normal no parece ser un factor determinante en la viabilidad de SABR a base de HT. V
20 es muy por debajo de 20% para todos los casos. V
20% por debajo de 20 se había demostrado que se asocia con sólo 1 caso de máximo grado 3 neumonitis (2,3%) en una cohorte de pacientes tratados con 7 Gy × 10 fracciones a la GTV [12]. Además, el DLM para el total del pulmón están muy por debajo de 14 Gy
3, en promedio, en todos los casos, que los pone en un riesgo bajo de severa neumonitis por radiación, como se muestra en muchos estudios [19], [27]. Por el contrario, el aumento del número de los remos inmediatamente adyacente al objetivo del tumor parece ser la razón clave para subóptima sparing estructura crítica si la cobertura de dosis PTV adecuado se ha de mantener. Como resultado de ello, nos proponemos utilizar el tamaño del tumor (tanto el diámetro del tumor y el volumen), el número de estructuras críticas separados inmediatamente adyacentes al tumor, y las distancias de las estructuras más cercanas a la GTV y PTV como punto de partida en la selección de pacientes para SABR a base de HT
.
Existen limitaciones en nuestro estudio que deben investigarse más a fondo. Uno de ellos es el manejo del movimiento del tumor. HT se ha demostrado previamente para ser adecuada para el tratamiento de blancos en movimiento con un curso hipofraccionado de la radioterapia [28]. el movimiento del tumor se puede tratar con cuatro dimensiones (4D) CT para tener en cuenta el movimiento del tumor interno a través de todo el ciclo respiratorio; mientras creados errores pueden reducirse aún más con HT compatible con los dispositivos de inmovilización [29]. 4-D CT ha sido adoptado en nuestra institución desde el año 2009. Sin embargo, esta no es la cuestión más importante en nuestro estudio, que sólo necesita objetivos hipotéticos para llevar a cabo la investigación. Además, el plazo de entrega de un tratamiento prolongado de un plan de tratamiento complejo asociado con la TH puede ser parcialmente resuelto con la tecnología más reciente, tales como mordazas dinámicos y sofá dinámica que vienen con la próxima generación de sistemas tolerantes a los herbicidas [30]. Reconocemos que hay otros programas de fraccionamiento de dosis, que pueden ser utilizados en el tratamiento de lesiones localizadas centralmente. Sin embargo, como ilustra la Tabla 6, las complicaciones mortales es más probable que ocurra con dosis fraccionadas de altura, que nos han conducido a adoptar un enfoque conservador en la selección de fraccionamiento de la dosis que sólo se limita a los horarios para los que anteriormente se presentaban los resultados clínicos y el perfil de toxicidad. Esto puede ayudar a los médicos en el diseño de ensayos prospectivos SABR tratamiento de tumores de localización central en el futuro.

En conclusión, el cumplimiento de las restricciones de dosis OAR con criterios de cobertura dosis diana adecuadas PTV es más probable que llevarse a cabo para las lesiones pulmonares con la siguiente características: GTV≤3.78 cm, o 11,98 cc; PTV≤4.90 cm o 34,43 cc; ≤2 estructuras adyacentes separadas inmediatamente adyacentes a la GTV, y las distancias de GTV y PTV a los remos de ≥ 0,45 cm, y ≥0.21 cm, respectivamente, cuando el 7 Gy × 10 fracciones programación se entrega con HT. A medida que estos son sólo resultados preliminares, que tendrán que ser validados adicionalmente en un ensayo que evaluó que SABR para las primeras etapas NSCLC y /o metástasis pulmonares solitarios fase.

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