Riassunto analitico
In radioterapia l'esigenza di un modello per il calcolo della dose erogata, che non solo sia accurato ma che richieda anche tempi di calcolo compatibili con l' applicazioni clinica, è di certo l'obiettivo primo.
In questo studio è stato eseguito il commissioning di un modello Monte Carlo (MC) per fotoni con energia 6 MV sia con filtro di appiattimento (flattening filters) che senza filtro di appiattimento (FFF).
Il modello è stato implementato nel TPS di RayStation ed è stato testato per essere utilizzato su quattro LINAC identici e gemellati, tutti calibrati dosimetricamente.
Il modello MC è stato confrontato con un algoritmo Collapsed Cone (CC) già commissionato clinicamente e con le misure effettuate in macchina per consentirne la validazione.
Prima di procedere con la validazione del modello, la qualità della modellizzazione del fascio è stata testata attraverso il confronto tra calcolato e misurato sia per le curve di profondità di dose percentuale (PDD) che per le curve di profilo, in modo tale da garantirne la corretta ottimizzazione.
La validazione del modello è consistita in tre fasi, corrispondenti a una prima validazione delle misure puntuali prese dall'AIEA TECDOC 1540 effettuate in un vasca d'acqua, una validazione in mezzi eterogenei su casi presi dall'AIEA TECDOC 1583 e una validazione per tecniche più avanzate, come VMAT, dMLC e IMRT, attraverso mappe di dose ottenute da test di pazienti tratti dagli AAPM TG 119 e TG 244. In questo processo le indicazioni fornite dalla linea guida AAPM 5.b sono state seguite. Le tolleranze utilizzate per l'algoritmo MC, più restrittive rispetto a quelle dell'algoritmo CC, sono state tratte dal AAPM TG 157.
Inoltre, è stato effettuato uno studio sul tempo di calcolo per verificare le impostazioni ottimali dei parametri per l'algoritmo MC per consentirne l'uso clinico.
Dalla validazione della modellizzazione dei fasci è stata ottenuta una rappresentazione complessivamente buona delle misure. Tuttavia, per quanto riguarda i fasci che presentano un wedge, sono state riscontrate alcune lievi carenze, che indicano quindi una possibile migliore ottimizzazione del modello per questi specifici fasci.
Dai risultati di validazione ottenuti si può apprezzare un buon accordo tra i dati calcolati e misurati. In particolare, per il fantoccio omogeneo e il fantoccio eterogeneo, senza considerare i fasci con wedge, è stato raggiunto un errore relativo inferiore al 3% sia per i 6 MV che per i 6 FFF. Per i fasci con wedge invece, sono stati osservati risultati superiori alle tolleranze, in accordo quindi con quanto riscontrato con i test sul modello. Tuttavia, ciò non sembra rappresentare un'ostacolo per possibili applicazioni cliniche, considerando che con una migliore modellizzazione si potrebbe ottenere un risultato migliore.
Per quanto riguarda le mappe di dose analizzate per le tecniche avanzate, è stato possibile osservare un'accuratezza ben consolidata già con il criterio del 2%/2 mm.
Nel complesso, MC mostra una buon accordo con l’algoritmo CC.
Infine, sono stati rilevati tempi consistenti con i requisiti clinici utilizzando una griglia di 2 mm e un'incertezza dello 0,5%.
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Abstract
In radiation therapy the need for a model that enables to calculate a delivered dose that not only is accurate but that also requires computational times compatible with clinical applications, is indeed the first necessity.
In this study the commissioning of a photon Monte Carlo (MC) beam model, for both flattening filter and flattening filter free (FFF) 6 MV energy, has been performed.
The model was implemented in the RayStation TPS, and was tested to be employed on four identical and twinned LINACs, all dosimetrically calibrated.
The MC model was compared with an already clinically commissioned Collapsed Cone (CC) algorithm and with the measurements to enable its validation.
Before proceeding with the model validation, the beam modeling quality was probed through the comparison of the calculated and measured Percent Dose Depth (PDD) and profile curves, to ensure its correct optimization.
The model validation consisted in three steps, corresponding to a first validation of point measurements taken from IAEA TECDOC 1540 done in a water tank, a validation in heterogeneous media on cases taken from IAEA TECDOC 1583, and a validation for more advanced techniques, such as VMAT, dMLC and IMRT, through dose maps upon patient test cases taken from AAPM TG 119 and TG 244. In this process, the framework provided by the AAPM Guideline 5.b was followed. The tolerances employed for the MC algorithm, which are stricter with respect to the ones of the CC algorithm, are taken from the AAPM TG 157.
Additionally, a time study was performed to check the optimal parameter settings for the MC algorithm to enable its clinical use.
From the validation on the beam modeling, an overall good representation of the measurements has been obtained. Still, when considering the wedged beams some mild lacks have been find out, leading therefore to a possible better optimization of the model for these specific beams.
From the validation results obtained, a good agreement within the calculated and measured data can be appreciated. In particular, for the water tank and the heterogeneous phantom, a relative error below 3% has been achieved for both the 6 MV and 6 FFF energies when no wedges were considered. For the wedged beams results exceeding the tolerances have been observed, supporting therefore what has been observed with the tests on the model. Still, this does not seem to be detrimental for clinical applications considering that with better modeling a better outcome could be achieved.
As for the dose maps analyzed for the advanced techniques, it was possible to observe a well established accuracy yet for the 2%/2 mm criterion.
Overall, the MC shows a good consistency with the CC algorithm.
Finally, times consistent with the clinical requirements have been find out for a 2 mm size grid and 0.5% uncertainty settings.
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