Spinal metastases frequently arise in patients with cancer. Modern oncology provides numerous treatment options that include effective systemic, radiation, and surgical options. We delineate and provide the evidence for the neurologic, oncologic, mechanical, and systemic (NOMS) decision framework, which is used at Memorial Sloan-Kettering Cancer Center to determine the optimal therapy for patients with spine metastases.We provide a literature review of the integral publications that serve as the basis for the NOMS framework and report the results of systematic implementation of the NOMS-guided treatment.The NOMS decision framework consists of the neurologic, oncologic, mechanical, and systemic considerations and incorporates the use of conventional external beam radiation, spinal stereotactic radiosurgery, and minimally invasive and open surgical interventions. Review of radiation oncology and surgical literature that examine the outcomes of treatment of spinal metastatic tumors provides support for the NOMS decision framework. Application of the NOMS paradigm integrates multimodality therapy to optimize local tumor control, pain relief, and restoration or preservation of neurologic function and minimizes morbidity in this often systemically ill patient population.NOMS paradigm provides a decision framework that incorporates sentinel decision points in the treatment of spinal metastases. Consideration of the tumor sensitivity to radiation in conjunction with the extent of epidural extension allows determination of the optimal radiation treatment and the need for surgical decompression. Mechanical stability of the spine and the systemic disease considerations further help determine the need and the feasibility of surgical intervention.

PurposeSpinal stereotactic radiosurgery (SRS) is increasingly used to manage spinal metastases. However, target volume definition varies considerably and no consensus target volume guidelines exist. This study proposes consensus target volume definitions using common scenarios in metastatic spine radiosurgery.Methods and MaterialsSeven radiation oncologists and 3 neurological surgeons with spinal radiosurgery expertise independently contoured target and critical normal structures for 10 cases representing common scenarios in metastatic spine radiosurgery. Each set of volumes was imported into the Computational Environment for Radiotherapy Research. Quantitative analysis was performed using an expectation maximization algorithm for Simultaneous Truth and Performance Level Estimation (STAPLE) with kappa statistics calculating agreement between physicians. Optimized confidence level consensus contours were identified using histogram agreement analysis and characterized to create target volume definition guidelines.ResultsMean STAPLE agreement sensitivity and specificity was 0.76 (range, 0.67-0.84) and 0.97 (range, 0.94-0.99), respectively, for gross tumor volume (GTV) and 0.79 (range, 0.66-0.91) and 0.96 (range, 0.92-0.98), respectively, for clinical target volume (CTV). Mean kappa agreement was 0.65 (range, 0.54-0.79) for GTV and 0.64 (range, 0.54-0.82) for CTV (P<.01 for GTV and CTV in all cases). STAPLE histogram agreement analysis identified optimal consensus contours (80% confidence limit). Consensus recommendations include that the CTV should include abnormal marrow signal suspicious for microscopic invasion and an adjacent normal bony expansion to account for subclinical tumor spread in the marrow space. No epidural CTV expansion is recommended without epidural disease, and circumferential CTVs encircling the cord should be used only when the vertebral body, bilateral pedicles/lamina, and spinous process are all involved or there is extensive metastatic disease along the circumference of the epidural space.ConclusionsThis report provides consensus guidelines for target volume definition for spinal metastases receiving upfront SRS in common clinical situations. Spinal stereotactic radiosurgery (SRS) is increasingly used to manage spinal metastases. However, target volume definition varies considerably and no consensus target volume guidelines exist. This study proposes consensus target volume definitions using common scenarios in metastatic spine radiosurgery. Seven radiation oncologists and 3 neurological surgeons with spinal radiosurgery expertise independently contoured target and critical normal structures for 10 cases representing common scenarios in metastatic spine radiosurgery. Each set of volumes was imported into the Computational Environment for Radiotherapy Research. Quantitative analysis was performed using an expectation maximization algorithm for Simultaneous Truth and Performance Level Estimation (STAPLE) with kappa statistics calculating agreement between physicians. Optimized confidence level consensus contours were identified using histogram agreement analysis and characterized to create target volume definition guidelines. Mean STAPLE agreement sensitivity and specificity was 0.76 (range, 0.67-0.84) and 0.97 (range, 0.94-0.99), respectively, for gross tumor volume (GTV) and 0.79 (range, 0.66-0.91) and 0.96 (range, 0.92-0.98), respectively, for clinical target volume (CTV). Mean kappa agreement was 0.65 (range, 0.54-0.79) for GTV and 0.64 (range, 0.54-0.82) for CTV (P<.01 for GTV and CTV in all cases). STAPLE histogram agreement analysis identified optimal consensus contours (80% confidence limit). Consensus recommendations include that the CTV should include abnormal marrow signal suspicious for microscopic invasion and an adjacent normal bony expansion to account for subclinical tumor spread in the marrow space. No epidural CTV expansion is recommended without epidural disease, and circumferential CTVs encircling the cord should be used only when the vertebral body, bilateral pedicles/lamina, and spinous process are all involved or there is extensive metastatic disease along the circumference of the epidural space. This report provides consensus guidelines for target volume definition for spinal metastases receiving upfront SRS in common clinical situations.

Purpose

 To compare toxicity profiles and biochemical tumor control outcomes between patients treated with high–dose image-guided radiotherapy (IGRT) and high–dose intensity-modulated radiotherapy (IMRT) for clinically localized prostate cancer. 

Materials and Methods

 Between 2008 and 2009, 186 patients with prostate cancer were treated with IGRT to a dose of 86.4 Gy with daily correction of the target position based on kilovoltage imaging of implanted prostatic fiducial markers. This group of patients was retrospectively compared with a similar cohort of 190 patients who were treated between 2006 and 2007 with IMRT to the same prescription dose without, however, implanted fiducial markers in place (non-IGRT). The median follow-up time was 2.8 years (range, 2–6 years). 

Results

 A significant reduction in late urinary toxicity was observed for IGRT patients compared with the non-IGRT patients. The 3-year likelihood of grade 2 and higher urinary toxicity for the IGRT and non-IGRT cohorts were 10.4% and 20.0%, respectively (p = 0.02). Multivariate analysis identifying predictors for grade 2 or higher late urinary toxicity demonstrated that, in addition to the baseline Internatinoal Prostate Symptom Score, IGRT was associated with significantly less late urinary toxicity compared with non-IGRT. The incidence of grade 2 and higher rectal toxicity was low for both treatment groups (1.0% and 1.6%, respectively; p = 0.81). No differences in prostate-specific antigen relapse-free survival outcomes were observed for low- and intermediate-risk patients when treated with IGRT and non-IGRT. For high-risk patients, a significant improvement was observed at 3 years for patients treated with IGRT compared with non-IGRT. 

Conclusions

 IGRT is associated with an improvement in biochemical tumor control among high-risk patients and a lower rate of late urinary toxicity compared with high–dose IMRT. These data suggest that, for definitive radiotherapy, the placement of fiducial markers and daily tracking of target positioning may represent the preferred mode of external-beam radiotherapy delivery for the treatment of prostate cancer.