光線治療における被曝線量の研究.市販の治療計画システムと測定およびモンテカルロシミュレーションとの比較

Study of out-of-field dose in photon radiotherapy: A commercial treatment planning system versus measurements and Monte Carlo simulations.

• B Sánchez-Nieto
• K N Medina-Ascanio
• J L Rodríguez-Mongua
• E Doerner
• I Espinoza

抄録

目的:

放射線治療後の二次がんのリスクと計画目標量の周囲にあるリスクのある臓器の損傷を推定するためには、治療野外線量の正確な評価が必要である。治療計画システム（TPS）は治療野外の線量分布を計算しているが、その精度についてはほとんど知られていない。本研究の目的は、Monaco TPSに実装された2つのアルゴリズムによって与えられた領域外の線量分布を、測定と完全なモンテカルロシミュレーションで徹底的に比較することである。

PURPOSE: An accurate assessment of out-of-field dose is necessary to estimate the risk of second cancer after radiotherapy and the damage to the organs at risk surrounding the planning target volume. Although treatment planning systems (TPSs) calculate dose distributions outside the treatment field, little is known about the accuracy of these calculations. The aim of this work is to thoroughly compare the out-of-field dose distributions given by two algorithms implemented in the Monaco TPS, with measurements and full Monte Carlo simulations.

方法:

市販のMonaco 5.11 TPSに組み込まれている縮退コーン畳み込み(CCC)及びモンテカルロ(MC)アルゴリズムにより予測された被曝線量分布を、Elekta Axesse線形加速器での測定値と比較した。測定には、イオンチェンバー,熱蛍光線量計,EBT3フィルムを使用した。EGSnrcシステム上に構築されたBEAMnrcコードは、Agilityコリメーションシステムを用いたElekta Axesseのモデルを作成するために使用され、生成された空間位相ファイルは、線量分布（MC）を生成するためにDOSXYZnrcによってスコアリングされます。3つの異なる照射シナリオを考慮した。(a) 10×10cmフィールド、(b) IMRT前立腺計画、(c) 3フィールド肺計画である。モナコの計算、実験測定、モンテカルロシミュレーションは、水中および/またはICRP110ファントムで実施した。

METHODS: Out-of-field dose distributions predicted by the collapsed cone convolution (CCC) and Monte Carlo (MC ) algorithms, built into the commercially available Monaco version 5.11 TPS, are compared with measurements carried out on an Elekta Axesse linear accelerator. For the measurements, ion chambers, thermoluminescent dosimeters, and EBT3 film are used. The BEAMnrc code, built on the EGSnrc system, is used to create a model of the Elekta Axesse with the Agility collimation system, and the space phase file generated is scored by DOSXYZnrc to generate the dose distributions (MC ). Three different irradiation scenarios are considered: (a) a 10 × 10 cm field, (b) an IMRT prostate plan, and (c) a three-field lung plan. Monaco's calculations, experimental measurements, and Monte Carlo simulations are carried out in water and/or in an ICRP110 phantom.

結果:

10×10cmのフィールドケースでは、CCCはイオンチェンバーでの測定と比較して、5%と≈2%のアイソドーズの間で平均13%の線量を過小評価した(アルゴリズムとの相対差)。MCは、このケースでは約2%のアイソ線量からのみ線量を過小評価した。フィルム線量計と比較した場合、IMRTの場合でも質的に同様の結果が観察された。3フィールド肺計画では、MCシミュレーションと比較して、MCでは最大約90%、CCCでは最大約60%の線量過小評価が観測され、アイソ線量2%以上の臓器への平均線量が観測された。

RESULTS: For the 10 × 10 cm field case, CCC underestimated the dose, compared to ion chamber measurements, by 13% (differences relative to the algorithm) on average between the 5% and the ≈2% isodoses. MC underestimated the dose only from approximately the 2% isodose for this case. Qualitatively similar results were observed for the studied IMRT case when compared to film dosimetry. For the three-field lung plan, dose underestimations of up to ≈90% for MC and ≈60% for CCC, relative to MC simulations, were observed in mean dose to organs located beyond the 2% isodose.

結論:

この結果から、モナコは考慮されたほぼ全てのケースで被曝線量を過小評価していることがわかる。このように、Monacoは被曝領域の境界を越えた線量分布を正確に記述していない。このことは、これまでに発表された他のTPSについて同様の結果を報告している研究と一致している。この目的のためには、場外線量評価のための解析モデル、MCシミュレーション、あるいは実験的測定が適切な代替手段となるかもしれない。

CONCLUSIONS: This work shows that Monaco underestimates out-of-field doses in almost all the cases considered. Thus, it does not describe dose distribution beyond the border of the field accurately. This is in agreement with previously published works reporting similar results for other TPSs. Analytical models for out-of-field dose assessment, MC simulations or experimental measurements may be an adequate alternative for this purpose.

© 2020 The Authors. Medical Physics published by Wiley Periodicals LLC on behalf of American Association of Physicists in Medicine.