Optimum Radiotherapy Schedule for Uterine Cervical Cancer based-on the Detailed Information of Dose Fractionation and Radiotherapy Technique

Background: The best dose-fractionation regimen of the definitive radiotherapy for cervix cancer remains to be clearly determined. It seems to be partially attributed to the complexity of the affecting factors and the lack of detailed information on external and intra-cavitary fractionation. To find optimal practice guidelines, our experiences of the combination of external beam radiotherapy (EBRT) and high-dose-rate intracavitary brachytherapy (HDR-ICBT) were reviewed with detailed information of the various treatment parameters obtained from a large cohort of women treated homogeneously at a single institute. Materials and Methods: The subjects were 743 cervical cancer patients (Stage IB 198, IIA 77, IIB 364, IIIA 7, IIIB 89 and IVA 8) treated by radiotherapy alone, between 1990 and 1996. A total external beam radiotherapy (EBRT) dose of $23.4\~59.4$ Gy (Median 45.0) was delivered to the whole pelvis. High-dose-rate intracavitary brachytherapy (HDR-IBT) was also peformed using various fractionation schemes. A Midline block (MLB) was initiated after the delivery of $14.4\~43.2$ Gy (Median 36.0) of EBRT in 495 patients, while In the other 248 patients EBRT could not be used due to slow tumor regression or the huge initial bulk of tumor. The point A, actual bladder & rectal doses were individually assessed in all patients. The biologically effective dose (BED) to the tumor ($\alpha/\beta$=10) and late-responding tissues ($\alpha/\beta$=3) for both EBRT and HDR-ICBT were calculated. The total BED values to point A, the actual bladder and rectal reference points were the summation of the EBRT and HDR-ICBT. In addition to all the details on dose-fractionation, the other factors (i.e. the overall treatment time, physicians preference) that can affect the schedule of the definitive radiotherapy were also thoroughly analyzed. The association between MD-BED $Gy_3$ and the risk of complication was assessed using serial multiple logistic regression models. The associations between R-BED $Gy_3$ and rectal complications and between V-BED $Gy_3$ and bladder complications were assessed using multiple logistic regression models after adjustment for age, stage, tumor size and treatment duration. Serial Coxs proportional hazard regression models were used to estimate the relative risks of recurrence due to MD-BED $Gy_{10}$, and the treatment duration. Results: The overall complication rate for RTOG Grades $1\~4$ toxicities was $33.1\%$. The 5-year actuarial pelvic control rate for ail 743 patients was $83\%$. The midline cumulative BED dose, which is the sum of external midline BED and HDR-ICBT point A BED, ranged from 62.0 to 121.9 $Gy_{10}$ (median 93.0) for tumors and from 93.6 to 187.3 $Gy_3$ (median 137.6) for late responding tissues. The median cumulative values of actual rectal (R-BED $Gy_3$) and bladder Point BED (V-BED $Gy_3$) were 118.7 $Gy_3$ (range $48.8\~265.2$) and 126.1 $Gy_3$ (range: $54.9\~267.5$), respectively. MD-BED $Gy_3$ showed a good correlation with rectal (p=0.003), but not with bladder complications (p=0.095). R-BED $Gy_3$ had a very strong association (p=<0.0001), and was more predictive of rectal complications than A-BED $Gy_3$. B-BED $Gy_3$ also showed significance in the prediction of bladder complications in a trend test (p=0.0298). No statistically significant dose-response relationship for pelvic control was observed. The Sandwich and Continuous techniques, which differ according to when the ICR was inserted during the EBRT and due to the physicians preference, showed no differences in the local control and complication rates; there were also no differences in the 3 vs. 5 Gy fraction size of HDR-ICBT. Conclusion: The main reasons optimal dose-fractionation guidelines are not easily established is due to the absence of a dose-response relationship for tumor control as a result of the high-dose gradient of HDR-ICBT, individual differences In tumor responses to radiation therapy and the complexity of affecting factors. Therefore, in our opinion, there is a necessity for individualized tailored therapy, along with general guidelines, in the definitive radiation treatment for cervix cancer. This study also demonstrated the strong predictive value of actual rectal and bladder reference dosing therefore, vaginal gauze packing might be very Important. To maintain the BED dose to less than the threshold resulting in complication, early midline shielding, the HDR-ICBT total dose and fractional dose reduction should be considered.

처방선량 및 치료기법별 치료성적 분석 결과에 기반한 자궁경부암 환자의 최적 방사선치료 스케줄

목적: 고선량률 강내근접치료와 외부방사선의 병합치료는 자궁경부암의 표준치료법이지만, 최적의 병합 방식 및 선량 분할 스케줄은 아직 정해지지 않고 있다. 부분적으로는 이에 영향을 미치는 인자들의 다양성 및 기존의 문헌들의 방사선 선량에 관한 자세한 정보 부족을 그 이유로 들 수 있다. 이에 본 연구는 고선량률 강내근접치료에 대한 풍부한 경험을 바탕으로 단일기관에서 비교적 균일한 치료를 받은 많은 수의 환자 모집단을 대상으로 이들 다양한 인자들 및 방사선치료에 대한 자세한 분석을 통해서 최적의 방사선치료를 위한 지침을 얻고자 하였다. 대상 및 방법: 1990년부터 1996년까지 연세암센터에서 고선량률 강내근접치료 및 외부방사선치료로 자궁경부암에 대한 근치적 치료를 받은 743명의 환자들을 대상으로 하였으며, 중앙추적관찰 기간은 52개월이었다. FIGO 병기 분포는 IB 198명, IIA 77명, IIB 364명, IIIA 7명, IIIB 89명, IVA 8명이었다. 전골반방사선 선량은 $23.4\~59.4$ Gy (중앙값 45 Gy)의 분포를 보였으며, 진단 시 종양의 크기 및 외부방사선치료에 대한 종양의 반응에 따라서 그 시기를 조절하는 중앙차폐는 495예에서 시행되었으며, 그 시기는 $14.4\~43.2$ Gy (중앙값 36.0 Gy)로 비교적 광범위하고 다양한 분포를 보였다. 강내근접치료와 외부방사선치료의 분할 선량 차이를 극복하기 위해 생물학적 유효선량(Biologically Effective Dose, BED) 개념을 적용하였으며, 종양 및 정상 조직에 대한 $\alpha/\beta$비는 각각 10 및 3으로 하였다. 모든 개별 환자의 직장 전벽 및 방광 흡수선량을 분석하였고, 합병증 및 골반제어율과의 상관 관계를 규명하고자 하였다. 이외에도 방사선치료 스케줄에 영향을 미칠 수 있는 인자들인 총 치료기간, 강내근접치료의 분할 선량 크기, 주치의의 선호도에 따른 치료 스케줄 차이 등도 함께 고려하여 분석하였다. 결과: 전체 환자에서 RTOG Grade 1-4독성 발생률은 $33.1\%$였다. 전체 환자의 5년 골반제어율은 $83\%$로 분석되었다. 중앙차폐이전 외부방사선선량과 강내근접치료의 합산 BED값(=MD-BED $Gy_{\alpha/\beta}$은 $\alpha/\beta$=10인 경우 $62.0\~121.9\;Gy_{10}$ (중앙값: $93.0\;Gy_{10}$)의 분포를, ${\alpha/\beta}=3$인 경우 $93.6\~187.3\;Gy_3$ (중앙값=$137.6\;Gy_3$ )의 분포를 보였다. MD-BED $Gy_3$는 직장합병증 발생과의 관계는 통계적으로 유의하였고, 방광합병증과는 유의하지 않았다. 직장합병증과의 연관성은 MD-BED $Gy_3$보다 개별 환자의 직장전벽 총 선량 BED값인 R-BED $Gy_3$가 훨씬 더 높았다. 요도카테터 풍선의 후방지점이 대변하는 방광의 총 선량 BED값인 V-BED $Gy_3$도 방광합병증과 경향성 테스트에서 통계적 유의성을 보였다. 하지만, 어떠한 방사선선량도 골반제어율과 의미 있는 상관관계를 보이지 않았다. 본 기관에서 주치의의 선호도에 따라 강내근접치료가 외부방사선치료의 중간에 시행되는 형태인 샌드위치기법과 외부방사선치료 후반부에 시행되는 순차적 기법으로 구분하였을 때, 두 방식간 치료성적 및 합병증의 차이는 없었다. 총 치료기간에 대한 분석에서는 치료기간이 길어질수록 재발 위험이 커지는 경향을 보였으나, 나이 및 병기, 종양의 크기, MD-BED $Gy_{10}$ 등의 예후 인자를 보정한 다변량분석에서는 치료기간이 100일 이상인 경우에만 통계적으로 유의하게 증가하였다. 강내근접치료 분할선량 크기인 3 Gy와 5 Gy 사이에 골반제어율 및 합병증의 차이는 없었다. 결론: 자궁경부암의 최적방사선치료 스케줄에 대한 지침을 세우기 어렵게 만드는 가장 중요한 이유는 강내근접치료가 갖는 선량분포 특성에서 기인하는 방사선선량-골반제어율 상관 관계의 부재 및 개별 종양의 방사선에 대한 반응 속도가 환자마다 크게 다를 수 있다는 점이다. 따라서 전체적인 원칙과 함께 개인화된 맞춤치료가 필요하다. 치료 지침에 영향을 미칠 수 있는 요소들의 복합적인 고려도 중요하다고 할 수 있겠다. 합병증 발생이 우려되는 경우 생물학적 유효선량을 낮추기 위해 적절한 조기 중앙차폐 및 강내근접치료의 분할선량 크기 감소를 고려해볼 수 있다.