Evaluation of dose calculations and couch positional accuracy in the context of dynamic couch trajectories

• Main Author: Mullins, Joel
• Other Authors: Alasdair Syme (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2014
• Subjects: Biophysics - Medical
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=123099

The Varian TrueBeam STx linear accelerator features a developer's mode in which treatment plans can be programmed that include patient couch motion during radiation delivery. The combination of synchronous couch/gantry trajectories with Varian volumetric modulated arc therapy (VMAT) optimizations, called RapidArc, can result in a treatment technique that has been designated Virtual Isocenter RapidArc (VIRA). Prior to its implementation, the accuracy of dose calculations in the Varian Eclipse treatment planning system, on which the RapidArc optimization depends, must be validated, as well as the positional accuracy of the TrueBeam patient couch. The dose calculation accuracy was evaluated extrinsically through the delivery of clinical dynamic multileaf collimator (DMLC) intensity modulated radiotherapy (IMRT) treatment plans as a function of source-to-surface distance (SSD) and measurement with ionization chamber and Gafchromic EBT3 film. Parameters intrinsic to dose calculations in Eclipse, the dosimetric leaf gap (DLG) and leaf transmission (LT), were also investigated for their dependence on SSD. The positional accuracy of the treatment couch was assessed through the generation of treatment plans with static couch/gantry, static couch/rotating gantry, and synchronous couch and gantry motion, with measurement of the real-time ionization chamber current positioned in a cylindrical phantom during radiation delivery. The relative agreement of ionization chamber measurements to Eclipse dose calculations for DMLC IMRT treatment plans decreased by 1.5±0.3% over SSDs in the range of 85 cm to 135 cm (less than 1.0% deviation from standard clinical reference conditions of 100 cm SSD). Gafchromic EBT3 film measurements were consistent with ionization chamber results, though noise in the film data at low doses resulted in large uncertainties. Measurements of DLG were independent of SSD, following corrections for geometric projection. LT showed a dependence on SSD of 0.09±0.02% over the SSD range investigated. The ionization chamber current measurements for synchronous couch and gantry rotation, analogous to the proposed VIRA technique, indicated a maximum deviation of 0.2 cm relative to treatment isocenter, equal to the deviation observed for the rotating gantry/static couch treatment, analogous to conventional VMAT delivery. These results indicate that the Varian TrueBeam and Eclipse maintain the necessary positional and dosimetric accuracy required for VMAT treatments involving dynamic couch trajectories. === L'accélérateur linéaire TrueBeam STx de Varian possède un mode d'utilisation avancé où des plans de traitement peuvent être programmés pour inclure un mouvement de la table où repose le patient pendant le traitement. La combinaison des trajectoires synchronisés de la table de traitement ainsi que du gantry avec la plate-forme d'optimisation RapidArc pour la radiothérapie conformationnelle avec modulation d'intensité volumétrique (VMAT) produit une technique de traitement appelée RapidArc avec isocentre virtuel (VIRA). En vue de réaliser cette nouvelle technique, la justesse du calcul de dose dans la plate-forme de planification de traitements Eclipse, sur laquelle l'optimisation RapidArc dépend, doit être validée ainsi que la justesse du positionnement de la table de traitement. La justesse du calcul de dose fut évaluée de façon extrinsèque en comparant le résultat de la plate-forme RapidArc pour un plan de traitement de radiothérapie conformationnelle avec modulation d'intensité (IMRT) utilisant un collimateur multilames dynamique (DMLC) à des valeurs mesurés à l'aide d'une chambre d'ionisation ainsi que des films Gafchromic EBT3 en fonction de la distance entre la source et la surface (SSD) d'un phantôme. La dépendence sur SSD de deux paramètres instrinsèques au calcul de dose dans Eclipse, l'écart dosimétrique entre les lames (DLG) et la transmission des lames (LT) fut aussi étudiée. La justesse du positionnement de la table de traitement fut évaluée en produisant des plans de traitements avec la table et le gantry stationnaire, la table stationnaire et le gantry en mouvement ainsi qu'avec le mouvement synchronisé de la table et du gantry, tout en ayant une chambre d'ionisation positionnée dans un phantôme cylindrique durant la période d'irradiation. L'accord relatif entre les valeurs obtenus de la chambre d'ionisation et ceux d'Eclipse pour les plans DMLC IMRT est descendu de 1.5±0.3% en changeant le SSD de 85 cm jusqu'à 135 cm (moins de 1% de deviation des conditions de références clinique où le SSD est de 100 cm). Les valeurs obtenus à partir des films Gafchromic EBT3 sont en accord avec ceux de la chambre d'ionisation. Par contre, le bruit dans les données du film à basses doses a produit une grande incertitude. En corrigeant pour la projection géométrique, les valeurs du DLG ont été observé comme étant indépendantes du SSD. Le LT a démontré une dépendence sur le SSD de 0.09±0.02% sur la portée de SSD étudiés. Les valeurs de la chambre d'ionisation pour le mouvement synchronisé de la table de traitement et du gantry proposé pour la technique VIRA ont indiqué une déviation maximale de 0.2 cm relativement à l'isocentre du traitement. La même déviation fut observé pour le traitement où la table était stationnaire et le gantry était en mouvement, ce qui correspond aux traitements conventionnels VMAT. Ces résultats démontrent que l'accélérateur linéaire TrueBeam de Varian ainsi q'Eclipse maintiennent la justesse dosimétrique nécéssaire pour les traitements VMAT impliquant des trajectoires dynamiques de la table de traitement.