Dosimetric Quality Assurance for Intensity–Modulated Radiotherapy

Purpose:

Test and comparison of various 2–D real–time detectors for dosimetric quality assurance (QA) of intensity–modulated radiotherapy (IMRT) with the vision to replace radiographic films for 2–D dosimetry.

Material and Methods:

All IMRT treatment plans were created with the Konrad software (Siemens OCS). The final dose calculation was also carried out in Konrad. A Mevatron Primus (Siemens OCS) linear accelerator which provides 6–MV and 15–MV highenergy photon beams was used for the delivery of segmented multileaf–modulated IMRT. Three different 2–D detectors, each based on a different physical (interaction) principle, were tested for the field–related IMRT verification: (1) the MapCheck diode system (Sun Nuclear), (2) the I’mRT QA scintillation detector (Scanditronix/Wellhöfer), and the Seven29 ionization chamber array (PTW). The performance of these detector arrays was evaluated against IMRT dose distributions created and calculated with Konrad and the results obtained were compared with film measurements performed with radiographic films (EDR2, Kodak). Additionally, measurements were performed with point detectors, such as diamond, diodes (PTW) and ionization chambers (PTW, Scanditronics/ Wellhöfer) and radiochromic films (GafChromic film MD55, ISP).

Results:

The results obtained with all three 2–D detector systems were in good agreement with calculations performed with the treatment–planning system and with the standard dosimetric tools, i.e., films or various point dose detectors. It could be shown that all three systems offer dosimetric characteristics required for performing field–related IMRT QA with relative dose measurements. The accuracy of the 2–D detectors was mostly ± 3% normalized to dose maximum for a wide dynamic range. The maximum deviations did not exceed ± 5% even in regions with a steep dose gradient. The main differences between the detector systems were the spatial resolution, the maximal field size, and the ability to perform absolute dosimetric measurements.

Conclusion:

Commercial 2–D detectors have the potential to replace films as an “area detector” for field–related verification of IMRT. The on–line information provided by the respective systems can even improve the efficiency of the QA procedures.

Ziel:

Verschiedene 2–D–Echtzeitdetektoren wurden hinsichtlich ihrer Eignung zur dosimetrischen Verifikation der intensitätsmodulierten Strahlentherapie (IMRT) untersucht und getestet – mit der Vision, zukünftig radiographische Filme abzulösen.

Material und Methodik:

Die Erzeugung der IMRT–Bestrahlungspläne erfolgte mit Konrad (Siemens OCS). Die abschließende Dosisberechnung wurde ebenfalls mit Konrad ausgeführt. Zur Umsetzung der Bestrahlungspläne wurde ein Mevatron Primus (Siemens OCS) genutzt. Alle Messungen erfolgten mit 6–MV– und 15–MV–Photonenstrahlung. Drei verschiedene Detektortypen auf der Basis verschiedener physikalischer Prinzipien wurden hinsichtlich ihrer Anwendung für die feldbezogene IMRT–Verifikation getestet: 1. das MapCheck–Diodensystem (Sun Nuclear), 2. das I’mRT QA (Scanditronix/Wellhöfer), basierend auf dem fluoreszierenden Prinzip, und 3. das Seven29–Ionisationskammer–Array (PTW). Das Signalverhalten dieser Detektorarrays bzw. Flächendetektoren wurde bei unterschiedlichen Bedingungen getestet und mit Messergebnissen von Standarddetektoren verglichen. Als Referenzdosimetrie– Systeme wurden radiographische Filme (EDR2, Kodak) und radiochromatische Filme (GafChromic–Film MD55, ISP) sowie ein Diamantdetektor, ein Halbleiterdetektor (beide PTW) und eine Ionisationskammer (Scanditronix/Wellhöfer) verwendet.

Ergebnisse:

Die mit den drei 2–D–Detektoren gewonnenen Ergebnisse zeigten eine gute Übereinstimmung mit den Rechnungen des Bestrahlungsplanungssystems und mit den Messwerten von herkömmlichen Dosimetern wie Filmen oder verschiedenen Punktdetektoren. Es konnte gezeigt werden, dass alle drei Systeme Charakteristika, die für die feldbezogene IMRT–Qualitätssicherung erforderlich sind, aufweisen. Die Genauigkeit der 2–D–Detektoren lag bei ± 3% (normalisiert auf das Dosismaximum), mit maximalen Abweichungen von ± 5% in Bereichen mit starken Dosisgradienten. Die wesentlichen Unterschiede zwischen den Detektorsystemen lagen in der räumlichen Auflösung, der maximalen Feldgröße und der Fähigkeit zur Absolutdosimetrie.

Schlussfolgerung:

Kommerziell erhältliche 2–D–Detektorsysteme haben das Potential, den Film als Flächendetektor zu ersetzen. Die durch die untersuchten 2–D–Systeme in Echtzeit erhältlichen Informationen können auch die Effizienz der gesamten Qualitätssicherungsprozedur verbessern.