Accuracy of Dose Calculation for Hemibody Treatments at Extended Distance Using a Commercial Treatment Planning System

Publication date: Available online 14 February 2019

Source: Journal of Medical Imaging and Radiation Sciences

Author(s): Yashvardhan Batta, Janos Juhasz, Tom Farrell

Abstract

Purpose

The objective of this study was to assess the accuracy of monitor units (MUs) calculation for extended distance hemibody (HB) treatments in Pinnacle, a commercial treatment planning system. The agreement between planning and delivery of low-dose radiation therapy (LD-RT) was assessed with direct comparison to expected doses and tabulated total body irradiation (TBI) calculations. Studies over the past decades indicate that LD-RT has strong potential to be an effective treatment modality for cancer patients with minimal toxicities. This physics-based study aims to provide sufficient conclusions required for prospective clinical studies involving HB irradiation regimes. Specifically, this study may provide reassurance of MU calculation in the Pinnacle system for an upcoming trial regarding nontargeted LD-RT for recurrent prostate cancer.

Methods

Water phantom: A plan was created in Pinnacle to deliver 100 cGy to a water phantom with an ion chamber mount. A percent depth dose was obtained. Electrometer readings were recorded with each irradiation of 400 MUs at varying ion chamber depths at extended distance. A percent depth dose was created from tabulated data. Anthropomorphic phantom: A parallel opposed pair plan was created in Pinnacle to deliver 150 cGy over 10 fractions to the umbilicus of the phantom at 4 m extended source-to-surface distance. The MUs required to deliver 150 cGy, as per Pinnacle were delivered to the phantom using 6 MV photons. Thermoluminescent dosimeters (TLD), used to measure exposure using light-emitting crystals, were placed along six reference locations (lung, mid-T-spine, abdomen, mid-pelvis, thigh, and mid-abdomen) on the phantom. TLD measurements were then compared with the Pinnacle-derived ROI mean doses. For experiment 2, TBI calculation factors were used to determine the required MUs to deliver 150 cGy to the prescription (Rx) point. The calculated MUs were delivered, and TLD readings were recorded to compare the level of agreement of using TBI calculations for HB treatments.

Results

Water phantom: Pinnacle did not accurately estimate d_max at extended distance; however, it did accurately estimate the dose past d_max. Anthropomorphic phantom: A 10% variation to expected dose was deemed significant. Both Pinnacle and TBI calculations were accurate methods of planning HB LD-RT treatment, with insignificant difference. Pinnacle's overall average variation across ROIs was borderline significant at 12.1%.

Conclusion

At extended source-to-surface distance, Pinnacle inaccurately estimated the entrance dose and d_max. Anthropomorphic phantom studies indicated borderline significant variation, as per the implemented 10% limit. TBI calculations presented similar conclusions. For purposes of HB LD-RT, a borderline 10% variation will have insignificant impact to the patient's ability to tolerate treatment. Trial-eligible prostate cancer patients are currently being treated for HB LD-RT at the Juravinski Cancer Centre.

Résumé

But

L'objectif de cette étude était d'évaluer la précision de calcul de l'unité de monitoring (MU) pour les traitement par irradiation à deux champs adjacents (Hemi-body Irradiation, HB) à distance augmentée dans Pinnacle, un système commercial de planification des traitements. L'accord entre la planification et la prestation de la radiothérapie à faible dose (LD-RT) a été évalué par comparaison directe avec les doses attendues et les calculs d'irradiation corporelle totale (TBI). Les études men.es au cours de la dernière décennie indiquent que la LD-RT présente un solide potentiel pour devenir une modalité de traitement efficace pour les patients, particulièrement pour ceux présentant un lymphome non hodgkinien, un cancer des lymphocytes. Les études antérieures indiquent également qu'un régime de traitement LD-RT présente une toxicité minimale et des effets défavorables limités. La LD-RT peut déclencher directement une réponse immunitaire systémique. L'étude basée sur la physique vise à fournir les conclusions suffisantes requises pour des études cliniques prospectives faisant appel à des régimes d'irradiation HB. Plus précisément, cette étude pourrait confirmer les calculs de l'UM du système Pinnacle pour un essai à venir de LD-RT non ciblée pour le cancer récurrent de la prostate.

Méthodologie

Fantôme d'eau : Un plan de traitement a été créé dans Pinnacle afin d'administrer 100 cGy à un fantôme d'eau monté avec une chambre à ions (IC). Une dose en pourcentage de profondeur (PDD) a été obtenue. Des lectures d'électromètre ont été enregistrées pour chaque irradiation de 400 MU à différentes profondeurs de chambre à ions à des distances augmentées. Un PDD a été créé à partir des données recueillies. Fantôme anthropométrique : un plan en paire parallèle opposée (OPP) a été créé dans Pinnacle afin d'administrer 150 cGy en 10 fractions à l'ombilic du fantôme au moyen de photons à 6 MV. Des dosimètres thermoluminescents, utilisés pour mesurer l'exposition à l'aide de cristaux émettant de la lumière, ont été placés le long de six points de référence sur le fantôme (poumon, milieu des vertèbres thoraciques, abdomen, mi-pelvis, cuisse et mi-abdomen). Les mesures TLD ont ensuite été comparées aux doses moyennes ROI dérivées du système Pinnacle. Pour l'expérience 2, les facteurs de calcul TBI ont été utilisés pour déterminer le MU requis pour administrer 150 cGy au point de prescription (Rx). Les MU calculés ont été administrés et les lectures TLD ont été enregistrées afin de comparer le degré d'accord de l'utilisation des calculs de TBI pour les traitements HB.

Résultats

Fantôme d'eau : le système Pinnacle n'a pas estimé avec précision la dmax à distance augmentée, mais a estimé avec précision la dose au-delà de la dmax. Fantôme anthropomorphique : une variation de 10 % de la dose attendue était jugée significative. La dose au poumon ne présentait pas de variation significative. L'abdomen présentait une variation à la limite de la signification statistique. Les autres ROI présentaient des écarts significatifs pour les calculs de Pinnacle comme pour ceux de TBI. Les calculs de Pinnacle et de TBI se sont montrés tous deux des méthodes précises de planification des traitements de LD-RT HB, avec des écarts non significatifs. Pinnacle a estimé avec précision la dose au point de prescription, mais surestimé la dose aux autres TOI. L'écart global moyen était à la limite de la signification statistique à 12,1 %.

Conclusion

À SSD augmentée, le système Pinnacle a estimé de façon inexacte la dose à l'entrée et la dmax. Les données de PDD indiquées appuient la capacité du système Pinnacle d'estimer avec précision la dose à des profondeurs supérieures à la dmax. Les études sur fantôme anthropomorphique indiquent des écarts à la limite de la signification statistique, selon la limite de 10 % appliquée. Les calculs de TBI affichent des conclusions similaires. Pour les fins de la LD-RT HB, un écart à la limite de la signification statistique de 10 % aura une incidence non significative sur la capacité du patient de tolérer le traitement. Des patients atteints d'un cancer de la prostate admissibles sont actuellement recrutés pour un essai de traitement de LD-RT HB au Juravinski Cancer Centre.

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