Commisioning of MLC parameters by specialized VMAT plans, film dosimetry and complexity analysis

Abstract

VMAT er den mest benyttede behandlingsteknikken innen stråleterapi ved St. Olavs Hospital, og det er viktig å kontrollere at den beregnede dosen samsvarer med den avleverte dosen. Derfor gjennomføres en pasient-spesifikk kvalitstssikring av doseplanen før hver pasient behandles. For å oppnå en forutsigbar godkjenning av behandlingsplaner er det viktig at lineærakseleratoren er presist modellert i doseplansystemet Raystation.

I denne oppgaven beskrives to gjennomførte prosjekter. Det første innebærer optimalisering av fire parametre i Raystation, som alle er viktige i modelleringen av mangebladskollimatoren (MLC). Tre av parametrene - transmission, tongue and groove og leaf tip width - ble justert ut fra spesialdesignede VMAT-planer. Delta4-fantomet ble benyttet som detektor. Den fjerde parameteren, x-offset, ble justert ved hjelp av filmdosimetri. Det overordnede målet var å forbedre verifikasjonen av kliniske VMAT-planer.

I tillegg til dette ble det gjennomført kompleksitetsanalyse av kliniske VMAT-planer. Fem ulike mål på kompleksitet ble hentet ut fra VMAT-planer ved hjelp av programmering i Raystation. Videre ble korrelasjonen mellom hvert kompleksitetsmål og gamma-verdien under verifikasjonen beregnet ved hjelp av Pearsons korrelasjonskoeffisient. Målet var å undersøke styrken på hver korrelasjon, og derved få økt forståelse av hvilke parametre i en VMAT-plan som påvirker kvalitetskontrollen.

Alle MLC-parametrene ble justert ut fra målingene. Transmission ble økt fra 0.500% til 0.563%. Leaf tip width ble økt fra 0.100 cm til 0.295 cm. Tongue and groove ble økt fra 0.050 cm til 0.091 cm. X-offset ble økt fra -0.005 cm til 0.000 cm. Den justerte modellen viste seg å forbedre verfikasjonskvaliteten betraktelig, og videre testing anbefales.

Kompleksitetsmålene var alle svakt korrelert med gamma-verdien. Flere forslag har imidlertid blitt fremmet for å forbedre fremtidig kompleksitetsanalyse.

As volumetric modulated arc therapy (VMAT) has become a staple treatment technique at St. Olavs Hospital, it is important to verify that the planned and delivered dose distribution are in compliance. For this reason, a patient-specific quality assurance is performed before every patient is treated. To ensure a consistent approval of treatment plans, it is important that the linear accelerator is accurately replicated in the treatment planning system (TPS) model.

In this work, two projects have been conducted. First, four parameters which model the multileaf collimator in the TPS have been optimized. Three of these - the transmission, the tongue and groove, and the leaf tip width - were adjusted based on specialized VMAT plans. The detector used was a Delta4 phantom. The fourth parameter, x-offset, was adjusted with film dosimetry. The aim was to increase verification scores of clinical VMAT plans.

In addition to this, complexity analysis of clinical VMAT plans was conducted. Five complexity metrices were extracted from VMAT plans by scripting in Raystation. The correlation between each metric and the corresponding verification scores was calculated using Pearson's correlation coefficient. The aim was to investigate any correlations, and thereby gain an increased understanding of which elements in a VMAT plan affects verification quality.

All the MLC parameters were adjusted based on the measurements. Transmission was increased from 0.500% to 0.563%. Leaf tip width was increased from 0.100 cm to 0.295 cm. Tongue and groove was increased from 0.050 cm to 0.091 cm. X-offset was increased from -0.005 cm to 0.000 cm. The updated model demonstrated a significant improvement in verification quality, and further testing is encouraged.

The complexity metrices were all weakly correlated with verification score. Several suggestions on how to improve future complexity analysis have been presented.