Beam Commissioning methodology for a three-dimensional convolution/superposition photon dose algorithm Wolfgang A. Tomè Department of Human Oncology, University of Wisconsin Medical School, Madison, WI A.A. 2004/05 Scuola di Specializzazione in Fisica Sanitaria Università Cattolica del Sacro Cuore dott. Dell’Omo Claudia dott. Antonella Roggio

inserimento di un certo numero di dati riguardanti la beam commissioning inserimento di un certo numero di dati riguardanti la geometria dei fasci di radiazione da configurare e di una serie di dati dosimetrici richiesti dall’algoritmo di calcolo di dose di un TPS commerciale (ADAC Pinnacle)

Beam commissioning Algoritmo Dose

Caratteristiche geometriche di un acceleratore da inserire nel TPS durante la fase di configurazione.

CONFIGURAZIONE DEI FASCI DI FOTONI misure di percentuale di dose in profondità per campi aperti (DPP); misure di DPP in presenza di filtri a cuneo; misure di profili percentuali di dose lungo l’asse trasverso l’asse del fascio a varie profondità per campi aperti (PPD); misure di PPD, alle stesse profondità del punto precedente, in presenza di filtri a cuneo; misure di profili percentuali di dose lungo l’asse perpendicolare all’asse del fascio per campi con cunei nella direzione trasversale per un campo quadrato di 15x15 cm2 e a profondità dmax di ciascun fascio;

misure di profili lungo la diagonale del campo massimo (40 x 40 cm2) alle profondità a cui sono stati acquisiti i PPD; tabella dei fattori di rendimento per campi quadrati e per campi rettangolari, SCP(Lx,Ly) (cGy/UM) ; misure del fattore di trasmissione di tutti i modificatori di fluenza (blocchi personalizzati, cestello portablocchi, MLC) che possono essere inseriti tra la sorgente di radiazione e il paziente da trattare.

Algoritmo di Convoluzione del TPS Pinnacle * Dpp e ppd calcolati

Algoritmo di Convoluzione del TPS Pinnacle * Per un mezzo omogeneo e un fascio fotonico monoenergetico parallelo: Dose assorbita in un punto r in seguito a un rilascio di energia in un punto r’ : Kernel di convoluzione. Distribuzione del Terma nel punto dell’interazione primaria 3 3 * Papanikolaou et al. “Investigation of the convolution method for the polyenergetic spectra” Med. Phys. 20:1327-39; 1993

Se il fascio fotonico è polienergetico, cioè è costituito da n diversi fasci monoenergetici di energia hi ciascuno di fluenza  (r, hi ), allora facendo uso del principio di sovrapposizione lineare: E’ possibile ricavare anche l’espressione per un fascio fotonico polienergetico divergente:

PROCEDURE DI VERIFICA OK Modelling

Beam Modeling Photon Beam Modeling = Processo di modellizzazione della distribuzione della fluenza primaria 0 emessa dalla testata dell’acceleratore confrontando iterativamente le depth dose curves e i cross-beam profiles calcolati e misurati. Photon Beam Modeling = OK Spettro fotonico iniziale (tecniche MC o sperimentali) + Confronto dati sperimentali con quelli calcolati dal TPS Algoritmo di Convoluzione Nuovo Spettro fotonico Modelling

Beam Modeling for a Convolution/Superposition-Based Treatment Planning System George Starkschall et al. Department of Radiation Physics, The University of Texas M.D. Anderson Cancer Center, Houston, Texas

The goal of beam modelling is to adjuste approximately 30 parameters that generate calculated dose distributions so that these dose distributions approximate measured beam data to within a specified tolerance.

Conclusioni Il processo di commissioning termina quando la procedura suddetta, descritta per un fascio fotonico di una particolare energia, viene ripetuta per tutte le energie fotoniche ed elettroniche dell’acceleratore.

FINE

Modelling an open photon beam con Pinnacle3 TPS Spettro usato calcolare le depth dose Pesi utilizzati per ciascuna energia per costruire lo spettro Confronto tra la depth dose misurata e quella calcolata.

Modelling an open photon beam con Pinnacle3 TPS Modellamento della fluenza Con una Gaussiana si modella l’effetto dello scatter del filtro appiattitore nella testata dell’acceleratore: variando l’ampiezza e la larghezza della gaussiana si agisce sulle code dei cross-beam profiles. Le variazioni dell’ampiezza della gaussiana devono essere modeste poiché queste potrebbero influenzare il calcolo delle UM

A DF SF K Quanto la curva è piccata in avanti Agisce sulla parte lineare SF Agisce sul valore della contaminazione elettronica nella regione esponenziale K Valore della contaminazione elettronica

Modellamento dei cross-beam profiles Il fine è ottenere un fit migliore dell’ 1% nell’80% della parte centrale del campo.

Modelling a wedged photon beam Distribuzione delle isodosi (campo 12x12 cuneo 60°). La dose calcolata è indicata a colori, quella misurata è in nero. Distribuzione delle isodosi (campo 12x12). La dose calcolata è indicata a colori, quella misurata è in nero.