Application and evaluation study of 3D ultrasound in image guided radiotherapy for prostate cancer

Abstract

Abstract:ObjectiveTo evaluate the accuracy of 3D ultrasound calibration in image guided radiotherapy for prostate cancer by taking cone beam CT calibration as the gold standard， and to analyze the risk factors of accuracy.MethodsFrom December 2018 to December 2021， 51 patients with prostate cancer from the Department of Radiation Oncology， First Affiliated Hospital of Hebei North University were selected as the study subjects. They received cone beam CT calibration based on bone and 3D ultrasound calibration based on soft tissue before fraction volumetric modulated arc therapy treatment three times a week. Taking cone beam CT calibration data as the gold standard， the Bland-Altman method was used to analyze the consistency of 3D ultrasound calibration data with the former. Taking 3 mm as the allowable threshold of accuracy， the calibration accuracy of 3D ultrasound relative to cone beam CT was evaluated. Logistic regression was used to analyze the risk factors affecting the accuracy of 3D ultrasound calibration.ResultsA total of 765 pairs of cone beam CT and 3D ultrasound calibration data were obtained from 51 patients in left-right， superior-inferior and anterior-posterior directions. The calibration data of 3D ultrasound and cone beam CT were （1.39±0.11） and （1.13±0.07） mm in the left-right direction，（1.98±0.20） and （1.61±0.12） mm in the superior-inferior direction，（2.68±0.48） and （1.78±0.27） mm in the anterior-posterior direction， respectively， with statistically significant differences （t=-6.42，P<0.001；t=-7.07，P<0.001；t=-7.34，P<0.001）. The analysis results of Bland-Altman showed that the consistency of calibration data of the two methods were acceptable in three directions. The number of pairs of 3D ultrasound relative to cone beam CT calibration data difference <3 mm in the three directions were 676 （88.37%） on the left-right direction， 604 （78.95%） on the superior-inferior direction， and 577 （75.42%） on the anterior-posterior direction. The factors with statistically significant differences in the left-right direction included age （χ²=18.27，P<0.001）， prostate volume （χ²=14.55，P<0.001）， Charlson comorbidity index （CCI）（χ²=8.01，P=0.005） and field range （χ²=11.30，P<0.001）. Age （OR=2.02， 95%CI： 1.90-3.39，P=0.010） and the field range （OR=1.45， 95%CI： 1.18-2.55，P=0.020） were the independent risk factors affecting the accuracy of 3D ultrasound calibration in the left-right direction. The factors with statistically significant differences in the superior-inferior direction included age （χ²=80.68，P<0.001）， body mass index （χ²=35.89，P<0.001） and field range （χ²=40.39，P<0.001）. Age （OR=1.49， 95%CI： 1.15-2.09，P=0.021） and the field range （OR=1.10， 95%CI： 1.01-1.90，P=0.034） were the independent risk factors affecting the accuracy of 3D ultrasound calibration in the superior-inferior direction. The factors with statistically significant differences in the anterior-posterior direction included age （χ²=46.07，P<0.001）， CCI （χ²=47.97，P<0.001） and field range（χ²=11.86，P=0.001）. Age （OR=1.91， 95%CI： 1.22-3.45，P=0.015） and the field range （OR=2.89， 95%CI： 1.45-3.90，P=0.001） were the independent risk factors affecting the accuracy of 3D ultrasound calibration in the anterior-posterior direction.ConclusionThe consistency and accuracy of the calibration results of 3D ultrasound relative to cone beam CT are acceptable. It is necessary to consider the patient's age and field range to reduce the impact on accuracy before conducting 3D ultrasound calibration.

Key words:Prostatic neoplasms,Ultrasonography,Risk factors,Image-guided

Zhao Xin, Fan Xuewu, Tian Long, Hu Yimin. Application and evaluation study of 3D ultrasound in image guided radiotherapy for prostate cancer[J]. Journal of International Oncology, 2024, 51(1): 43-49.

Figures/Tables8

因素	例（对数）	<3 mm （n=676）	≥3 mm （n=89）	χ²值	P值
年龄（岁）
≤70	28（420）	390（57.69）	30（33.71）	18.27	<0.001
>70	23（345）	286（42.31）	59（66.29）	18.27	<0.001
KPS评分（分）
≤70	31（465）	415（61.39）	50（56.12）	0.90	0.344
>70	20（300）	261（38.61）	39（43.88）	0.90	0.344
BMI（kg/m²）
≤25	23（345）	307（45.41）	38（42.70）	0.24	0.628
>25	28（420）	369（54.59）	51（57.30）	0.24	0.628
前列腺体积（cm³）
≤27	24（360）	335（49.56）	25（28.09）	14.55	<0.001
>27	27（405）	341（50.44）	64（71.91）	14.55	<0.001
CCI
≤6	30（450）	410（60.65）	40（43.82）	8.01	0.005
>6	21（315）	266（39.34）	49（56.18）	8.01	0.005
GS（分）
≤7	25（375）	334（49.41）	41（46.07）	0.35	0.553
>7	26（390）	342（50.59）	48（53.93）	0.35	0.553
射野范围
不包含盆腔淋巴结	24（360）	333（49.26）	27（30.34）	11.30	<0.001
包含盆腔淋巴结	27（405）	343（50.74）	62（69.66）	11.30	<0.001
新辅助ADT
未接受	29（435）	385（27.37）	50（35.96）	0.02	0.890
接受	22（330）	291（72.63）	39（64.04）	0.02	0.890

因素	b值	SE值	Waldχ²值	OR值	95%CI	P值
年龄	0.70	0.42	6.35	2.02	1.90~3.39	0.010
前列腺体积	0.05	0.41	7.11	1.05	0.93~1.88	0.431
CCI	0.02	0.36	8.00	1.02	0.90~1.39	0.553
射野范围	0.37	0.48	3.76	1.45	1.18~2.55	0.020

因素	例（对数）	<3 mm（n=604）	≥3 mm（n=161）	χ²值	P值
年龄（岁）
≤70	28（420）	382（63.25）	38（23.60）	80.68	<0.001
>70	23（345）	222（36.75）	123（76.40）	80.68	<0.001
KPS评分（分）
≤70	31（465）	368（60.93）	97（60.25）	0.03	0.876
>70	20（300）	236（39.07）	64（39.75）	0.03	0.876
BMI（kg/m²）
≤25	23（345）	306（50.66）	39（24.22）	35.89	<0.001
>25	28（420）	298（49.34）	122（75.78）	35.89	<0.001
前列腺体积（cm³）
≤27	24（360）	277（45.86）	83（51.55）	1.65	0.199
>27	27（405）	327（54.14）	78（48.45）	1.65	0.199
CCI
≤6	30（450）	362（59.93）	88（54.66）	1.46	0.227
>6	21（315）	242（40.07）	73（45.34）	1.46	0.227
GS（分）
≤7	25（375）	288（47.68）	87（54.04）	2.05	0.152
>7	26（390）	316（52.32）	74（45.96）	2.05	0.152
射野范围
不包含盆腔淋巴结	24（360）	320（52.98）	40（24.84）	40.39	<0.001
包含盆腔淋巴结	27（405）	284（47.02）	121（75.16）	40.39	<0.001
新辅助ADT
未接受	29（435）	342（56.62）	93（57.76）	0.07	0.795
接受	22（330）	262（43.38）	68（42.24）	0.07	0.795
注：IGRT为图像引导放疗；KPS为Karnofsky功能状态；BMI为体质量指数；CCI为查尔森合并症指数；GS为格里森评分；ADT为雄激素剥夺治疗

因素	b值	SE值	Waldχ²值	OR值	95%CI	P值
年龄	0.40	0.41	7.33	1.49	1.15~2.09	0.021
BMI	0.83	0.50	4.63	2.30	0.66~4.90	0.132
射野范围	0.10	0.35	5.02	1.10	1.01~1.90	0.034

因素	例（对数）	<3 mm（n=577）	≥3 mm（n=188）	χ²值	P值
年龄（岁）
≤70	28（420）	357（61.87）	63（33.51）	46.07	<0.001
>70	23（345）	220（38.13）	125（66.49）	46.07	<0.001
KPS评分（分）
≤70	31（465）	352（61.01）	113（60.11）	0.05	0.827
>70	20（300）	225（38.99）	75（39.89）	0.05	0.827
BMI（kg/m²）
≤25	23（345）	264（45.75）	81（43.09）	0.41	0.523
>25	28（420）	313（54.25）	107（56.91）	0.41	0.523
前列腺体积（cm³）
≤27	24（360）	279（48.35）	81（43.09）	1.58	0.209
>27	27（405）	298（51.65）	107（56.91）	1.58	0.209
CCI
≤6	30（450）	380（65.86）	70（37.23）	47.97	<0.001
>6	21（315）	197（34.14）	118（62.77）	47.97	<0.001
GS（分）
≤7	25（375）	279（48.35）	96（51.06）	0.42	0.519
>7	26（390）	298（51.65）	92（48.94）	0.42	0.519
射野范围
不包含盆腔淋巴结	24（360）	292（50.61）	68（36.17）	11.86	0.001
包含盆腔淋巴结	27（405）	285（49.39）	120（63.83）	11.86	0.001
新辅助ADT
未接受	29（435）	332（57.54）	103（54.79）	0.44	0.508
接受	22（330）	245（42.46）	85（45.21）	0.44	0.508

因素	b值	SE值	Waldχ²值	OR值	95%CI	P值
年龄	0.65	0.35	9.02	1.91	1.22~3.45	0.015
CCI	0.30	0.85	5.29	1.35	0.78~1.91	0.074
射野范围	1.06	0.54	3.82	2.89	1.45~3.90	0.001

References10

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