Dose Calculation Accuracy for a Flattening-Filter Free Photon Beam Implemented into Oncentra MasterPlan

Abstract

"Introduction
For IMRT treatments, removing the flattening filter could be beneficial, as it would decrease the beam-on time required for delivering a certain dose. The aim of this work has been to assess the
calculation accuracy obtained when implementing flattening filter free beam data into the treatment planning system Oncentra MasterPlan.

Methods
An Elekta Precise medical linear accelerator was modified so that it could run a 6 MV flatteningfilter free photon beam, which was implemented into Oncentra MasterPlan. g index evaluations
comparing dose distributions in the treatment planning system calculations to exposed films, in order to assess the dose calculation accuracy, were performed for various square fields and a set of
prostate IMRT fields. In addition, measured profiles and depth dose curves were compared to line dose distributions extracted from Oncentra MasterPlan.

Results
The line dose evaluation showed an average and standard deviation of 0.96% and 1.19%, respectively, between calculated and measured dose in field regions of low dose gradient strength and high dose. In the penumbra and build-up regions, the average and standard deviation was
12.01% and 14.15%, respectively, and for the region running along the central axis of the fields, the corresponding deviations were 0.95% and 1.22%. The g index evaluation of IMRT fields showed little difference in calculation accuracy in flattening-filter free mode compared to with the regular beam. All calculated fields matched the measurements, within a 5% dose difference and 2 mm distance-to-agreement acceptance criteria. The g index evaluation of square fields revealed that the pencil beam calculation algorithm calculates the dose more accurately than the collapsed
cone calculation algorithm.

Conclusion
A flattening filter free beam has been successfully implemented into Oncentra MasterPlan and the calculation accuracy has been assessed. The results indicate that prostate IMRT treatments"

Abstract (Swedish)

I en linjäraccelerator som används för strålterapi överförs konventionellt energi till elektroner som skickas i en stråle mot en metallplatta. Då elektronerna snabbt bromsas upp i plattan utsänds fotoner med hög energi i olika riktningar, men i största mån rakt framåt. Den breda fotonstråle som skapas bländas sedan in till önskade dimensioner av flyttbara blyblock i acceleratorhuvudet. Strålen är då fortfarande som mest intensiv i dess centrum. Detta är inte en önskvärd egenskap, eftersom det i många fall innebär att det är omöjligt att skapa en jämn dosfördelning inom den patientvolym som föreskrivits av läkare. För att kompensera för detta så placeras ett filter i strålen. Detta filter är utformat som en kon och absorberar därför mest strålning i dess mitt, och på så sätt görs fotonstrålen platt, det vill säga lika energirik centralt som perifert.

I acceleratorhuvudet finns, förutom blyblocken, i de flesta fall en flerbladskollimator, som kan användas för att blända in fotonstrålen till former andra än de vanliga, rektangulära. Genom att flytta bladen under bestrålningen från en viss vinkel kan en dosfördelning byggas upp av en mängd olika segment. Om detta upprepas för ett flertal vinklar, så kan den volym frisk vävnad som får en hög absorberad dos minskas jämfört med för många konventionella behandlingsmetoder. Denna behandlingsmetod kallas för Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT) och kräver inte en ursprungligen platt energiprofil i fotonstrålen, eftersom profilen ändå modifieras av flerbladskollimatorn. Det är snarare sannolikt att IMRT kan levereras på ett mer effektivt sätt ifrån en stråle som inte är tillplattad av ett utjämningsfilter, eftersom filtret kan absorbera eller sprida upp till 50 % av fotonerna som kommer emot det. Detta innebär att tiden som strålen är påslagen under en behandling kan minskas dramatiskt, vilket i sin tur innebär att mängden läckage från acceleratorhuvudet bör minska. Dessutom så elimineras de oönskade fotoner som sprids i utjämningsfiltret för att sedan hamna utanför det avsedda behandlingsområdet.

För att på ett adekvat sätt kunna planera en behandling krävs en noggrann modell av fotonstrålen och av hur absorberad dos deponeras inom ett bestrålat område. För detta syfte finns det särskilt avsedda datorprogram; på sjukhuset St. Luke’s Hospital, där detta projekt genomförts, används Oncentra MasterPlan. En ny accelerator, eller stråle, inkorporeras till detta dosplaneringssystem genom att dess egenskaper mäts upp och skickas till systemets återförsäljare. Efter att dessa data behandlats, skickas en modell av strålen tillbaka till sjukhuset. Detta projekt har syftat till att dels implementera en outjämnad fotonstråle in i St. Luke’s Hospitals dosplaneringssystem, dels att uppskatta den erhållna dosberäkningssäkerheten. Resultaten pekar mot att modellen av strålen är lika exakt som för en vanlig fotonstråle, med utjämningsfiltret kvarlämnat. För IMRT-fält ser dosplaneringssystemets beräkningsförmåga ut att vara något bättre för den outjämnade strålen än för den vanliga. En av slutsatserna som kunnat dras utifrån detta arbete är således att det inte föreligger några hinder för att utföra IMRT-behandlingar, utifrån ett dosplaneringsperspektiv. Det är dock viktigt att påpeka att experimentella belägg, för att IMRT-behandlingar med den outjämnade strålen är fördelaktiga, saknas, varför ytterligare studier är nödvändiga innan idén kan komma till klinisk användning.

• author: af Wetterstedt, Sacha
• supervisor: Brenda McClean; Marika Enmark
• organization: Medical Physics Programme
• year: 2008
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Medicine and Health Sciences
• keywords: Strålterapi
• language: English
• id: 2157067
• date added to LUP: 2011-09-14 12:04:42
• date last changed: 2013-09-05 10:23:18