Isocenter point in-vivo

dosimetry by EPID

Antonella Roggio

Scuola di Specializzazione in Fisica Sanitaria

Università Cattolica del Sacro Cuore

4° anno – A.A. 2005-06

ALCUNI PROBLEMI :

Ricalibrazione periodica, correzione per la temperatura, risposta dipendente dalla

temperatura;

Posizionamento del diodo molto accurato, stima della perturbazione della fluenza

fotonica sul paziente;

I diodi sono “time consuming”: per ogni angolo di gantry devono essere posizionati

all’ingresso e all’uscita dell’asse centrale del fascio;

L’uso del metodo dei due diodi non è adeguato quando il paziente presenta disomogeneità

lungo l’asse centrale del fascio.

DOSIMETRIA IN-VIVO CON DIODI A SEMICONDUTTORE

Metodo pratico per la

determinazione della dose in vivo nel

punto di isocentro Diso.

ISOCENTER POINT IN VIVO DOSIMETRY BY EPID

Il metodo è stato applicato per la determinazione in vivo della dose

Diso nel caso di trattamenti radioterapici della pelvi nel caso di fasci

conformati anche con campi filtrati.

aSi-based EPID (aS500, Varian Medical System)

aSi-based EPID (aS500, Varian Medical System)

IDU

(Image Detection Unit)

Pixel fotodiodo + TFT (a-Si flat-panel light sensor)

Rivelatore a lettura indiretta

Strato scintillatore (gadolinium oxysulfide)

Campi aperti e filtrati (15°, 30°, 45°)

Energie: 6 MV and 10 MV

Lastre di fantoccio di Polymethilmethacrylate (PMMA)

Camera a ionizzazione (model 31010, 0.3 cm3 in volume)

Misure di taratura dell’EPID per la Isocenter point in-vivo dosimetry by EPID (presso la Radioterapia del Gemelli)

(i) Camera a ionizzazione posizionata, lungo l’asse centrale

del fascio, nel centro geometrico di un fantoccio

omogeneo per determinare la dose Dm.

(ii) Il segnale St determinato effettuando la media sui 25

pixel centrali del aSi-based EPID.

SAD

Sourcea)

St

xDm

h

SAD

Sourcea)

St

xDm

SAD

Sourcea)

St

xDm

Sourcea)

St

xDm

hh

Set of measurements

t

m

SF(w,l) =

D

Funzione di correlazione

m

isomiso TMR

TMRDD

La funzione di correlazione per tutte le energie e tutti campi

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

10 20 30 40 50w (cm)

St/D

m (

nC/G

y) o

pen

beam

s

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

St/D

m (

nC/G

y) w

edge

d be

ams

wF(w,l) = A(l) + B(l) C(l)

10 MV

0.05

0.09

0.13

0.17

0.21

0.25

0.29

0.33

0 5 10 15 20 25l (cm)

A, B

0.93

0.95

0.97

0.99

C

A B C

Per ogni energia in funzione del lato del campo:

wF(w,l) = A(l) + B(l) C(l)

… se l’isocentro NON coincide con il punto a metà spessore

(fantoccio omogeneo)

-d.

S’t

xD’m

c) Source

SAD

Sourcea)

St

xDm

b)

+d.

S’t

xD’m

Source

-d.

S’t

xD’m

c) Source

-d.

S’t

xD’m

c) Source

SAD

Sourcea)

St

xDm

SAD

Sourcea)

St

xDm

Sourcea)

St

xDm

b)

+d.

S’t

xD’m

Sourceb)

+d.

S’t

xD’m

Source

-d.

S’t

xD’m

c) Source

SAD

Sourcea)

St

xDm

b)

+d.

S’t

xD’m

Source

-d.

S’t

xD’m

c) Source

-d.

S’t

xD’m

c) Source

SAD

Sourcea)

St

xDm

SAD

Sourcea)

St

xDm

Sourcea)

St

xDm

b)

+d.

S’t

xD’m

Sourceb)

+d.

S’t

xD’m

Source

m

t

D

S)l,w(F

)l,d(fS't

2'm SAD

dSADD

2

mm SADdSAD

'DD

t

t

'S

S)l,d(f

Quando l’isocentro coincide con il punto a metà spessore

(fantoccio omogeneo)

I fattori f(d,l) tengono conto del differente

contributo della componente fotonica diffusa

sul segnale S’t

2

't'

m

SADdSAD

)l,w(F

)l,d(fSD

)l,d(fS't

2'm SAD

dSADD

m

isotiso TMR

TMR

lwF

ldfSD

),(

),('

m

isomiso TMR

TMRDD

La dose all’isocentro

(fantoccio omogeneo)

Set-up sperimentale

(fantoccio disomogeneo)

Fantoccio con disomogeneità asimmetriche

osso sopra

osso sotto

SAD

S

'tS

2'

'

),('),(

SAD

ddSADD

ldfSlwF

m

t

m

isotiso TMR

TMR

lwF

ldfSD

),(

),('

Nel paziente:

• Il TPS Eclipse fornisce il campo quadrato equivalente, l,

di un fascio conformazionato;

• La sezione TC del paziente che contiene l’asse centrale

del fascio viene utilizzata per determinare lo spessore

geometrico del paziente, z, e la distanza tra isocentro e

punto a metà spessore, d;

• Il TPS Eclipse fornisce, lungo l’asse centrale del fascio, i

valori dello spessore acqua-equivalente, w, e delle

distanze d e diso

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

0 2 4 6 8 10

Therapy fraction number

R is

o

Riso = DisoMis \ DisoTPS

Risultati

0° (), 90°(), 180°() and 270°(O).

< 4%isoR

Ratios Riso between measured

Diso and computed Diso,TPS

obtained for different

fractions and with the beams

at the gantry angles

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Number of patients

Mea

sure

d do

se /

pres

crib

ed d

ose

The method is a consistency check

Ratios between measured and

prescripted total doses at

isocenter points for the 15

patients examined

Risultati

FINE

0.94

0.96

0.98

1.00

1.02

1.04

1.06

-8 -4 0 4 8d (cm)

f (d

,l)

f(d,5) f(d,10)f(d,15) f(d,20)

middle point -down

middle point-up

middle point isocentro

10 MV

668 pazienti:il 95% degli R è compreso fra 0.96 e 1.04

R isocentro

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.88 0.90 0.92 0.94 0.96 0.98 1.00 1.02 1.04 1.06 1.08 1.10 1.12

classe

fre

qu

en

za

The cassette consists of a protective sandwich comprised of circuit-board material and rohacell, a ;1-mm-thick

copper plate, a ;134 mg/cm2 gadolinium oxysulfide phosphor screen ~Kodak Lanex Fast Back, Eastman Kodak

Company, Rochester, NY.!, an a-Si flat-panel light sensor, and a final protective circuit-board rohacell sandwich

layer.

Each pixel on the a-Si glass substrate is made up of a lightsensitive photodiode and a thin film transistor to convert

visible light to an electric signal. The a-Si light-sensor array consists of 5123384 active pixel elements with a pitch

of 0.784 mm, resulting in a 40330 cm2 detection area. In operation, the copper plate serves to build up secondary

electrons.

These electrons and primary photons interact in the gadolinium oxysulfide phosphor screen and generate visible

light, which is detected by the photodiodes on the a-Si panel.

In addition to the cassette, the aS500 has several other materials in the path of the radiation beam. Upstream,

an ;0.16-cm-thick uniform epoxy plate mounted on a shockabsorbing collision-detection mechanism protects the

detector from physical collisions. Downstream, a contoured rear housing exists to encase the detector and allow

cables to pass beneath the imager. The inner surface of the rear housing has an irregular shape, and its distance

from the cassette varies from 12 mm above the cabling to 31 mm in other areas. The entire aS500 detector is

mounted on the movable R-arm support assembly via a complex metal bracket that includes a 2-cm-diam steel bar.

An electrical motor used to drive the R-arm motion is also in the path of the radiation beam for some field sizes.