有限サイズCobalt-60線源を用いたトモセラピーのためのアパーチャ重ね合わせ線量モデルとペンシルビーム重ね合わせ線量モデル

Aperture superposition dose model versus pencil beam superposition dose model for a finite size Cobalt-60 source for tomotherapy deliveries.

• Sandeep Dhanesar
• Johnson Darko
• L John Schreiner

抄録

目的:

有限サイズペンシルビーム(FSPB)重ね合わせ法は、強度変調放射線治療(IMRT)において一般的に用いられている線量計算法である。FSPBモデルでは、ペンシル状の小さなビームの線量を重ね合わせることで、広い範囲の強度変調ビームの線量を計算できると仮定している。しかし、このモデルは点状の放射線源に限定されており、直径2cmのCobalt-60(Co-60)線源のような有限サイズの線源では有効ではない。本論文では、このモデルの限界を示す結果を示すとともに、有限サイズの放射線源から発生する強度変調されたビームの光子量を計算するための代替モデル、すなわち、アパーチャ重ね合わせ(AS)モデルを提案する。

PURPOSE: The finite size pencil beam (FSPB) superposition method is a commonly used dose calculation method in intensity modulated radiation therapy (IMRT). The FSPB model assumes that dose for a broad intensity modulated beam can be calculated by superposition of dose from small, pencil-like beams. However, this model is limited to point-like radiation sources and is not valid for finite size sources, such as a Cobalt-60 (Co-60) source of 2 cm diameter. In this paper, the authors present results that show the limitation of this model and propose an alternative model, namely the aperture superposition (AS) model, to calculate photon dose for intensity modulated beams arising from finite size radiation sources.

方法:

ASモデルは、ペンシルビームではなくビーム開口部を追加することに基づいています。各開口部は、マルチリーフコリメータの隣接して開いた一連のリーフとして定義され、その間には閉じたリーフは存在しません。開口部はEGSnrcモンテカルロプログラムを用いて計算した。ASモデルの精度は、トモセラピー治療計画で遭遇するようなファンビームの線量計算のためにテストされました。結果は、FSPBモデルとGafChromicフィルムの測定値と比較しました。測定とシミュレーションは、MIMiCバイナリマルチリーフコリメータを搭載した臨床用Theratronics T780C Co-60ユニットに対して行われた。

METHODS: The AS model is based on adding beam apertures rather than pencil beams. Each aperture is defined as a series of adjacently opened leaves of a multileaf collimator with no closed leaves in between them. The apertures are calculated using the EGSnrc Monte Carlo program. The accuracy of the AS model was tested for dose calculations of fan beams, as encountered in tomotherapy treatment plans. The results were compared with the FSPB model and GafChromic film measurements. The measurements and simulations were performed for a clinical Theratronics T780C Co-60 unit with MIMiC binary multileaf collimator mounted on it.

結果:

ASモデルとフィルム測定値の比較では、高線量領域では1.5%以上、低線量領域では3.7%以上の一致が見られた。一方、フィルム測定とFSPBモデルの比較では、FSPBモデルは2×2cm(2)のような小さなフィールドサイズで最大7％、20×2cm(2)のような大きなフィールドサイズでは20％も線量を過小評価していることが示された。

RESULTS: The comparisons between the AS model and film measurements show agreement better than 1.5% in the high dose regions and 3.7% in the low dose regions. On the contrary, film measurement comparisons to the FSPB model show that the FSPB model underestimates the dose by up to 7% for small field sizes such as 2 × 2 cm(2) and 20% for larger field sizes such as 20 × 2 cm(2).

結論:

本論文で発表された結果は、大型放射線源からのファンビームの線量計算において、ASモデルがFSPBモデルよりも精度が良いことを示している。このモデルを現在の治療計画システムに導入することで、Co-60を用いたIMRTやトモセラピーの発展につながる可能性がある。

CONCLUSIONS: The results presented in this paper indicate that the AS model provides better accuracy than the FSPB model when calculating dose for fan beams from large radiation sources. The implementation of this model to the current treatment planning systems has the scope of advancing Co-60 based IMRT and tomotherapy.