Titelaufnahme

Titel
Dosimetric evaluation of fattening filter free photon beams / by Wolfgang Lechner
VerfasserLechner, Wolfgang
Begutachter / BegutachterinDietmar, Georg
Erschienen2014
Umfang85 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Ausgleichsfilterfreier Photonenstrahlung / FFF / IMRT / VMAT / Pareto optimale Fronten / Dosimetrie kleiner Felder / Oberflächendosis
Schlagwörter (EN)Flattening filter free / FFF / IMRT / VMAT / Pareto optimal fronts / small field dosimetry / surface dose
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-1729 Persistent Identifier (URN)
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Dosimetric evaluation of fattening filter free photon beams [2.04 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Seit kurzer Zeit sind nun auch konventionelle Linearbeschleuniger, die in der Lage sind FFF-Strahlen zu erzeugen, für den klinischen Gebrauch kommerziell erhältlich. Für diese Arbeit wurde ein Elekta Precise Linearbeschleuniger (LINAC) verwendet, der in der Lage war Photonenstrahlen mit einer nominellen Energie von 6MV und 10MV im Standard und im ausgleichsfilterfreien Modus zu erzeugen. Die untersuchten Bestrahlungstechniken waren intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) mit 9 Feldern und volumetrisch modulierte Arc- therapie (VMAT) mit einem Bogen (jeweils mit und ohne Ausgleichsfilter). Für die Evaluierung der Bestrahlungspläne wurde das Konzept Pareto optimaler Fronten eingesetzt. Die Evaluierung der Bestrahlungsplanqualität zeigte keinen signifikanten Unterschied zwischen FF- und FFF-Strahlen. Bezüglich der Effizienz wurde eine signifikante Reduktion der Bestrahlungszeit von IMRT Bestrahlungsplänen ohne Ausgleichsfilter verglichen mit jenen mit Ausgleichsfilter festgestellt. Im Mittel war die Bestrahlungszeit um 18% in den Fällen mit Prostatakarzinom bzw. um 4% in den HNO Fällen reduziert. Im Gegensatz dazu war die Bestrahlungszeit von VMAT Bestrahlungsplänen ohne Ausgleichsfilter signifikant erhöht, um etwa 22% in den Fällen mit Prostatakarzinom bzw. um etwa 16\% in den HNO Fällen. 14 verschieden Detektoren wurden auf ihre Anwendbarkeit für die Dosimetrie kleiner Felder in FF- und FFF-Strahlen mittels Messungen von Output Faktoren von 6MV und 10MV FF- und FFF- Strahlen untersucht. Alaninpellets dienten als Referenzdetektoren für die Bestimmung der Korrekturfaktoren für die Dosimetrie kleiner Felder. Verglichen mit Alanin überschätzten die Festkörperdetektoren und die flüssigkeitsgefüllte Ionisationskammer generell den Output Faktor, wohingegen die luftgefüllten Ionisationskammern die Output Faktoren unterschätzten. Die Korrekturfaktoren der geschirmten Dioden lagen zwischen 8% und 11%. Darüber hinaus war dies der einzige Typ von Detektoren, dessen Korrekturfaktoren einen signifikanten Unterschied aufwiesen, wenn sie mit FFF- Strahlen anstatt mit FF- Strahlen bestrahlt wurden. Die Korrekturfaktoren für FF-Strahlen und FFF-Strahlen aller anderen Detektoren lagen innerhalb der Messunsicherheit. Die Abschätzung der Oberflächendosis und der Dosis in der Aufbauregion wurde mittels Messungen mit einer Extrapolationskammer und radiochromatischen Filmen durchgeführt. Einfache quadratische und rechteckige Felder, die entweder symmetrisch um die Zentralachse oder asymmetrisch mit einem Abstand von 5cm und 10cm von der Zentralachse entfernt angeordnet waren, wurden aus einem Winkel von 90 bestrahlt. Darüber hinaus wurde die Genauigkeit der Dosisberechnung in der Aufbauregion mittels Gamma-index Analyse untersucht. Obwohl die Dosis in der Aufbauregion von FFF-Strahlen verglichen mit FF-Strahlen systematisch um bis zu 14% hoher war, war der Unterschied bezüglicher der Oberflächendosis mit Werten zwischen 0.06% und 2.19% weniger stark ausgeprägt. Betrachtet man alle Filmmessungen, zeigte sich eine leichte aber signifikante Verbesserung der Genauigkeit der Dosisberechung in der Aufbauregion von FFF-Strahlen verglichen mit FF- Strahlen. Dieser Unterschied war in den oberflächennahen Regionen stärker ausgeprägt. Obwohl FFF-Strahlen für Zielvolumina von kleinen intrakraniellen Läsionen bis hin zu größen Zielvolumina im HNO Bereich anwendbar sind, wurde in dieser Studie gezeigt, dass die Vorteile von FFF-Strahlen für kleine Zielvolumina am stärksten ausgeprägt sind. Die Korrekturfaktoren der untersuchten Detektoren repräsentieren für konventionelle LINACs einen Referenzdatensatz für die Dosimetrie kleiner Felder sowohl in FF- als auch in FFF-Strahlen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Dosisberechnungsgenauigkeit in der Aufbauregion von FF- und FFF-Strahlen nicht optimal ist, jedoch eine leicht verbesserte Dosisberechnungsgenauigkeit für FFF-Strahlen gegeben ist.

Zusammenfassung (Englisch)

Very recently, conventional treatment machines able to deliver flattening filter free photon have been introduced into clinical practice. An Elekta Pricise linear accelerator LINAC which was able to deliver 6MV and 10 MV flattened (FF) and flattening filter free (FFF) photon beams was used throughout this work. The investigated modalities were 9-Field intensity modulated radiotherapy (Intensity modulated radiotherapy (IMRT)) and 360◦ - single arc volumetric modulated arc therapy (Volumetric modulated arc therapy (VMAT)) with flattened and unflattened photon beams. For treatment plan evaluation the concept of Pareto optimal fronts was employed. Additionally, the efficiency of these modalities was assessed. The evaluation of the treatment plan quality showed no significant difference between FF- and FFF-beams. With respect to treatment plan efficiency, a significant decrease of delivery time of IMRT treatment plans without flattening filter compared to those with filter was found. On average, the delivery time decreased by 18% and 4% for prostate and head-and-neck cases, respectively. In contrast to that, the delivery time of VMAT treatment plans without flatting filter was significantly increased by 22% and 16% for prostate and head- and-neck cases, respectively. The applicability of 14 different detectors to small field dosimetry in FF- as well as in FFF-beams was investigated by measuring output factors of 6MV and 10 MV FF- and FFF- beams. An additional MLC was attached to the treatment machine in order to generate field sizes between 0.6x0.6 cm2 and 10x10 cm2. Alanine pellets were used as reference detectors for the calculation of correction factors for small field dosimetry. Compared to alanine, the solid sate detectors and the liquid filled ionization chamber generally overestimated the output factors of small fields, whereas the air filled ionzation chambers underestimated the output factors. For the shielded diodes the correction factors ranged between 8% and 11%. Moreover, this was the only type of detector which showed a difference in correction factors when irradiated with FFF- beams instead of FF-beams. Correction factors determined for FF- and FFF-beams of all other detectors were within the measurement uncertainty. The assessment of the surface and built-up dose of FF- and FFF-beams was performed using an extrapolation chamber and radiochromic films. Simple square and rectangular fields on axis as well as 5 and 10 cm off axis were irradiated from a gantry angle of 90. Furthermore, the dose calculation accuracy in the build-up region was assessed using [gamma]-index analysis. Although the dose in the build-up region of FFF-beams was systematically higher by up to 14.96% compared to FF-beams, the differences of the surface dose were less pronounced and ranged between 0.06% and 2.19%. Over all investigated fields, the dose calculation accuracy of FFF-beams in the build-up region was slightly but significantly increased compared to FF- beams. This difference was more pronounced in the near surface region. Although FFF-beams are applicable for a range of target volumes from small lesions such as intra-cranial lesions to larger target volumes as encountered in head-and-neck cases, the results obtained in this work indicated that the advantages of FFF-beams are more pronounced for smaller target volumes. The evaluated small field correction factors for a comprehensive set of detectors on a conventional LINAC represent a reference data set for small field dosimetry of FF- as well as FFF- beams. Furthermore, it has been shown that the dose calculation accuracy in build-up region of FF- and FFF-beams is not optimal but sightly improved when using FFF-beams instead of FF-beams.