Étude des facteurs de perturbation de chambres d’ionisation sous conditions non standard

Durant la dernière décennie, les développements technologiques en radiothérapie ont transformé considérablement les techniques de traitement. Les nouveaux faisceaux non standard améliorent la conformité de la dose aux volumes cibles, mais également complexifient les procédures dosimétriques. Puisque des études récentes ont démontré l’invalidité de ces protocoles actuels avec les faisceaux non standard, un nouveau protocole applicable à la dosimétrie de référence de ces faisceaux est en préparation par l’IAEA-AAPM. Le but premier de cette étude est de caractériser les facteurs responsables des corrections non unitaires en dosimétrie des faisceaux non standard, et ainsi fournir des solutions conceptuelles afin de minimiser l’ordre de grandeur des corrections proposées dans le nouveau formalisme de l’IAEA-AAPM. Le deuxième but de l’étude est de construire des méthodes servant à estimer les incertitudes d’une manière exacte en dosimétrie non standard, et d’évaluer les niveaux d’incertitudes réalistes pouvant être obtenus dans des situations cliniques. Les résultats de l’étude démontrent que de rapporter la dose au volume sensible de la chambre remplie d’eau réduit la correction d’environ la moitié sous de hauts gradients de dose. Une relation théorique entre le facteur de correction de champs non standard idéaux et le facteur de gradient du champ de référence est obtenue. En dosimétrie par film radiochromique, des niveaux d’incertitude de l’ordre de 0.3% sont obtenus par l’application d’une procédure stricte, ce qui démontre un intérêt potentiel pour les mesures de faisceaux non standard. Les résultats suggèrent également que les incertitudes expérimentales des faisceaux non standard doivent être considérées sérieusement, que ce soit durant les procédures quotidiennes de vérification ou durant les procédures de calibration. De plus, ces incertitudes pourraient être un facteur limitatif dans la nouvelle génération de protocoles.

Implantation et validation d’un modèle Monte Carlo du Cyberknife dans un outil de calcul de dose clinique

Le travail de modélisation a été réalisé à travers EGSnrc, un logiciel développé par le Conseil National de Recherche Canada.

Développement d'un nouveau critère pour déterminer les limites d'utilisation des détecteurs en dosimétrie non standard

Depuis quelques années, il y a un intérêt de la communauté en dosimétrie d'actualiser les protocoles de dosimétrie des faisceaux larges tels que le TG-51 (AAPM) et le TRS-398 (IAEA) aux champs non standard qui requièrent un facteur de correction additionnel. Or, ces facteurs de correction sont difficiles à déterminer précisément dans un temps acceptable. Pour les petits champs, ces facteurs augmentent rapidement avec la taille de champ tandis que pour les champs d'IMRT, les incertitudes de positionnement du détecteur rendent une correction cas par cas impraticable. Dans cette étude, un critère théorique basé sur la fonction de réponse dosimétrique des détecteurs est développé pour déterminer dans quelles situations les dosimètres peuvent être utilisés sans correction. Les réponses de quatre chambres à ionisation, d'une chambre liquide, d'un détecteur au diamant, d'une diode, d'un détecteur à l'alanine et d'un détecteur à scintillation sont caractérisées à 6 MV et 25 MV. Plusieurs stratégies sont également suggérées pour diminuer/éliminer les facteurs de correction telles que de rapporter la dose absorbée à un volume et de modifier les matériaux non sensibles du détecteur pour pallier l'effet de densité massique. Une nouvelle méthode de compensation de la densité basée sur une fonction de perturbation est présentée. Finalement, les résultats démontrent que le détecteur à scintillation peut mesurer les champs non standard utilisés en clinique avec une correction inférieure à 1%.

Examination of pencil beam predictions of small-field dose using dosimetry film and Monte Carlo simulations

The iPlan treatment planning sys-tem uses a pencil beam algorithm, with density cor-rections, to predict the doses delivered by very small (stereotactic) radiotherapy fields. This study tests the accuracy of dose predictions made by iPlan, for small-field treatments delivered to a planar solid wa-ter phantom and to heterogeneous human tissue using the BrainLAB m3 micro-multileaf collimator.

A hybrid radiation detector for simultaneous spatial and temporal dosimetry

In this feasibility study an organic plastic scintillator is calibrated against ionisation chamber measurements and then embedded in a polymer gel dosimeter to obtain a quasi-4D experimental measurement of a radiation field. This hybrid dosimeter was irradiated with a linear accelerator, with temporal measurements of the dose rate being acquired by the scintillator and spatial measurements acquired with the gel dosimeter. The detectors employed in this work are radiologically equivalent; and we show that neither detector perturbs the intensity of the radiation field of the other. By employing these detectors in concert, spatial and temporal variations in the radiation intensity can now be detected and gel dosimeters can be calibrated for absolute dose from a single irradiation.

Investigation of stereotactic radiotherapy dose using dosimetry film and Monte Carlo simulations

This study uses dosimetry film measurements and Monte Carlo simulations to investigate the accuracy of type-a (pencil-beam) dose calculations for predicting the radiation doses delivered during stereotactic radiotherapy treatments of the brain. It is shown that when evaluating doses in a water phantom, the type-a algorithm provides dose predictions which are accurate to within clinically relevant criteria, gamma(3%,3mm), but these predictions are nonetheless subtly different from the results of evaluating doses from the same fields using radiochromic film and Monte Carlo simulations. An analysis of a clinical meningioma treatment suggests that when predicting stereotactic radiotherapy doses to the brain, the inaccuracies of the type-a algorithm can be exacerbated by inadequate evaluation of the effects of nearby bone or air, resulting in dose differences of up to 10% for individual fields. The results of this study indicate the possible advantage of using Monte Carlo calculations, as well as measurements with high-spatial resolution media, to verify type-a predictions of dose delivered in cranial treatments.

Monte Carlo verification of gel dosimetry measurements for stereotactic radiotherapy

The quality assurance of stereotactic radiotherapy and radiosurgery treatments requires the use of small-field dose measurements that can be experimentally challenging. This study used Monte Carlo simulations to establish that PAGAT dosimetry gel can be used to provide accurate, high resolution, three-dimensional dose measurements of stereotactic radiotherapy fields. A small cylindrical container (4 cm height, 4.2 cm diameter) was filled with PAGAT gel, placed in the parietal region inside a CIRS head phantom, and irradiated with a 12 field stereotactic radiotherapy plan. The resulting three-dimensional dose measurement was read out using an optical CT scanner and compared with the treatment planning prediction of the dose delivered to the gel during the treatment. A BEAMnrc DOSXYZnrc simulation of this treatment was completed, to provide a standard against which the accuracy of the gel measurement could be gauged. The three dimensional dose distributions obtained from Monte Carlo and from the gel measurement were found to be in better agreement with each other than with the dose distribution provided by the treatment planning system's pencil beam calculation. Both sets of data showed close agreement with the treatment planning system's dose distribution through the centre of the irradiated volume and substantial disagreement with the treatment planning system at the penumbrae. The Monte Carlo calculations and gel measurements both indicated that the treated volume was up to 3 mm narrower, with steeper penumbrae and more variable out-of-field dose, than predicted by the treatment planning system. The Monte Carlo simulations allowed the accuracy of the PAGAT gel dosimeter to be verified in this case, allowing PAGAT gel to be utilised in the measurement of dose from stereotactic and other radiotherapy treatments, with greater confidence in the future.

The effect of very small air gaps on small field dosimetry

The purpose of this study was to investigate the effect of very small air gaps (less than 1 mm) on the dosimetry of small photon fields used for stereotactic treatments. Measurements were performed with optically stimulated luminescent dosimeters (OSLDs) for 6 MV photons on a Varian 21iX linear accelerator with a Brainlab μMLC attachment for square field sizes down to 6 mm × 6 mm. Monte Carlo simulations were performed using EGSnrc C++ user code cavity. It was found that the Monte Carlo model used in this study accurately simulated the OSLD measurements on the linear accelerator. For the 6 mm field size, the 0.5 mm air gap upstream to the active area of the OSLD caused a 5.3 % dose reduction relative to a Monte Carlo simulation with no air gap. A hypothetical 0.2 mm air gap caused a dose reduction > 2 %, emphasizing the fact that even the tiniest air gaps can cause a large reduction in measured dose. The negligible effect on an 18 mm field size illustrated that the electronic disequilibrium caused by such small air gaps only affects the dosimetry of the very small fields. When performing small field dosimetry, care must be taken to avoid any air gaps, as can be often present when inserting detectors into solid phantoms. It is recommended that very small field dosimetry is performed in liquid water. When using small photon fields, sub-millimetre air gaps can also affect patient dosimetry if they cannot be spatially resolved on a CT scan. However the effect on the patient is debatable as the dose reduction caused by a 1 mm air gap, starting out at 19% in the first 0.1 mm behind the air gap, decreases to < 5 % after just 2 mm, and electronic equilibrium is fully re-established after just 5 mm.