Beam Commissioning methodology for Beam Commissioning methodology for a three-dimensional a three-dimensional

convolution/superposition photon dose convolution/superposition photon dose algorithmalgorithm

A.A. 2004/05A.A. 2004/05

Scuola di Specializzazione in Fisica Scuola di Specializzazione in Fisica SanitariaSanitaria

Università Cattolica del Sacro CuoreUniversità Cattolica del Sacro Cuore

Wolfgang A. Tomè Department of Human Oncology, University of Wisconsin Medical School, Madison, WI

dott. Dell’Omo dott. Dell’Omo ClaudiaClaudia

dott. Antonella dott. Antonella RoggioRoggio

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

AlgoritmoDose

Beam commissioning

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

• 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;

CONFIGURAZIONE DEI FASCI DI FOTONI

• 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

6 MV

020406080

100120

0 50 100 150 200 250 300 350 400d (mm)

DPP

(%)

calcolato

6 MV

0

20

40

60

80

100

120

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

d (mm)

PPD(

%)

calcolato

* Papanikolaou et al. “Investigation of the convolution method for the polyenergetic spectra”

Med. Phys. 20:1327-39; 1993

Per un mezzo omogeneo e un fascio fotonico monoenergetico parallelo:

Distribuzione del Terma nel punto dell’interazione primaria

Kernel di convoluzione.

Dose assorbita in un punto r in seguito a un rilascio di energia in un punto r’ :

Algoritmo di Convoluzione del TPS Pinnacle *

3

3

E’ possibile ricavare anche l’espressione per un fascio fotonico

polienergetico divergente:

Se il fascio fotonico è polienergetico, cioè è costituito da n diversi fasci

monoenergetici di energia hi ciascuno di fluenza (r, hi ), allora facendo

uso del principio di sovrapposizione lineare:

PROCEDURE DI VERIFICA

OK

Modelling

6 MV

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200 250 300 350 400d (mm)

DPP

(%)

misurato

calcolato

6 MV

0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200 250 300 350 400d (mm)

DPP

(%)

misurato

calcolato

Beam ModelingBeam 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.

Spettro fotonico iniziale (tecniche MC o sperimentali)

+Algoritmo di Convoluzione

Nuovo Spettro fotonico Modellin

g

Confronto dati sperimentali con quelli calcolati dal TPS

OK

Beam Modeling for a Beam Modeling for a

Convolution/Superposition-Based Convolution/Superposition-Based

Treatment Planning SystemTreatment 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.

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.

Conclusioni

FINE

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 beamcon 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

Modelling an open photon beamcon Pinnacle3 TPS

DFAgisce sulla parte lineare

SFAgisce sul valore della

contaminazione elettronica nella regione esponenziale

KValore della

contaminazione elettronica

AQuanto la curva

è piccata in avanti

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.