Use of 2D-Array Ionization Chamber in the Quality Control of High Dose Rate Brachytherapy Treatmet Unit: Dosimetric Feasibility Study

Abstract

The main aim was to investigate the feasibility of 2D-Array ionization chamber system for high-dose-rate (HDR) brachytherapy (BRT) quality control (QC) tests. All measurements were performed with PTW Seven29 2D-Array in GammaMedPlusTM iX HDR-BRT unit. Mechanical QC tests consisted of three stages: source-dwell positioning accuracy, reproducibility of source position for different step-size, linearity of system with changing dwell-time. In dosimetric QC tests; activity of radioactive source, dosimetric effects of activity change in a day for different period of time and coincidence of planned and measured dose distribution were analyzed. For mechanical QC tests, 2D-Array was found to be sensitive to positional errors lower than 0.5mm. In the second part, reproducibility of the treatment planning with different step sizes was confirmed. The maximum relative differences for different irradiation time (range: 4-100 seconds) were measured lower than 1%. In dosimetric QC tests, measured activity with 2D-Array was found 3.3% lower than the reference activity given in treatment unit. Additionally, in order to control the effect of the change in activity in a day for different period of time, the gamma analysis of 10 measurements repeated with an interval of 1 hour was found to be over 98% for 3mm distance to agreement (DTA) and 3% dose difference (DD). Hovewer, gamma analysis of the measurements taken after 6 and 8 hours was found as 85.7% and 84.9% for 1mm DTA and 3% DD, respectively. The use of 2D system is a reliable and cost-effective method to perform comprehensive quality control of HDR-BRT unit.

Keywords

• Brachytherapy,Quality Assurance,Gamma Analysis,2D-Array

Yüksek Doz Hızlı Brakiterapi Cihazının Kalite Kontrol Testlerinde 2D-Array İyon Odası Sisteminin Kullanılabilirliği: Dozimetrik Fizibilite Çalışması

Abstract

Çalışma kapsamında yüksek doz hızlı (YDH) brakiterapi (BRT) cihazına ait kalite kontrol (KK) testlerinde 2D-Array iyon odası sisteminin kullanılabilirliği araştırılmıştır. Ölçümler kliniğimizde kullanılmakta olan GammaMed PlusTMiX YDH BRT cihazında PTW Seven29 2D-Array iyon odası sistemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Mekanik KK testleri; kaynak pozisyon doğruluğu, lineerite ve farklı adım mesafeleri için cihazın tekrarlanabilirliği olmak üzere üç farklı seride alınmıştır. Ölçümlerin ikinci aşamasında ise 2D-Array iyon odası sisteminin dozimetrik KK testlerinde kullanılabilirliğini araştırmak amacı ile aktivite, gün içerisindeki aktivite değişiminin tedavi dozuna etkisi, planlanan ve ölçülen doz dağılımlarının uyumu olmak üzere üç farklı seride ölçümler gerçekleştirilmiştir. Mekanik KK testleri için, 2D-Array iyon odası sistemi 0,5 mm'nin altında hassasiyetle kaynak pozisyon hatalarını tespit edebilmektedir. Farklı adım mesafeleri için uygulanan referans tedavi planlanlamalarının tekrarlanabilirliği 2D-Array iyon odası sistemi ile teyit edilmiştir. 4 ile 100 saniye arasındaki maksimum rölatif farklılık %1'in altında bulunmuştur. Dozimetrik KK testlerinde ise 2D-Array iyon odası sistemi ile ölçülen aktivite değeri gerçek değer ile %3,3 içerisinde uyumlu bulunmuştur. Ayrıca gün içindeki aktivite değişiminin tedavi dozuna etkisini kontrol etmek amacı ile 1 saat ara ile tekrarlanan 10 ölçüme ait gama analizi sonucu 3 mm uyum mesafesi (UM) ve %3 doz farkı (DF) için %98’in üzerinde bulunurken, 1 mm UM ve %1 DF kriteri üzerinden değerlendirme yapıldığı zaman 6 saat ve 8 saat sonra alınan ölçümlere ait gama analizi sonucu sırası ile %85.7 ve %84.9 olarak bulunmuştur. 2D-Array iyon odası sistemi BRT uygulamaları için cihaz tabanlı KK testlerinde tercih edilebilir bir sistem performansına sahiptir.

Keywords

• Brakiterapi,Kalite Kontrol,Gama Analizi,2D-Array

References

1. Referans1: Nath R, Anderson LL, Meli JA, Olch AJ, Stitt JA ve Williamson JF. Code of practice for brachytherapy physics: report of the AAPM Radiation Therapy Committee Task Group No. 56. Med. Phys 1997;24(10):1557-98.
2. Referans2: Skowronek J. Current status of brachytherapy in cancer treatment–short overview. J Contemp Brachytherapy 2017;9(6):581.
3. Referans3: Crownover RL, Wilkinson DA ve Weinhous MS. The radiobiology and physics of brachytherapy. Hematology/oncology clinics of North America 1999;13(3):477-87.
4. Referans4: Shi C, Guo B, Cheng CY, Esquivel C, Eng T ve Papanikolaou N. Three dimensional intensity modulated brachytherapy (IMBT): dosimetry algorithm and inverse treatment planning. Med Phys 2010;37(7Part1):3725-37.
5. Referans5: TECDOC, IAEA. 1274. Calibration of photon and beta ray sources used in brachytherapy. Guidelines on standardized procedures at Secondary Standards Dosimetry Laboratories (SSDLs) and Hospitals. International Atomic Energy Ageny. 2002.:
6. Referans6: Valentin J. Prevention of high-dose-rate brachytherapy accidents. ICRP Publication 97. Ann ICRP 2005;35(2):1-51.
7. Referans7: Dempsey C, Smith R, Nyathi T, ve ark. ACPSEM brachytherapy working group recommendations for quality assurance in brachytherapy. Australas Phys Eng S 2013;36(4):387-96.
8. Referans8: Venselarr J ve Perez-Calatayud J. European guidelines for quality assurance in radiotherapy, ESTRO Booklet No. 8, A practical guide to quality control of brachytherapy equipment." ISBN 90-804532-8 ESTRO Belgium, 2004;1-270

9. Referans9: Kutcher GJ, Coia L, Gillin M, ve ark. Comprehensive QA for radiation oncology: report of AAPM radiation therapy committee task group 40. Med Phys 1994;21(4):581-618.
10. Referans10: Elfrink RJ, Kolkman-Deurloo IKK, van Kleffens HJ, ve ark. Quality control of brachytherapy equipment in the Netherlands and Belgium: current practice and minimum requirements. Radiother Oncol 2002;62(1): 95-102.
11. Referans11: Breithuth F, Schiefer J, Arn M, Peters S ve Seelentag W. Determination of the source dwell position of an afterloading device with a detector array. Journal of Radiation Oncology Informatics 2017;3(1):12-24.
12. Referans12: Kumar SS, Gangadharan SP, Cheruparambil AP, Parakat AT ve Perumangat A. To determine the source dwell positions of HDR brachytherapy using 2D 729 ion chamber array. Journal of Radiotherapy in Practice 2015;14(4):403-9.
13. Referans13: Watanabe Y, Mizukami S, Eguchi K, ve ark. Dose distribution verification in high-dose-rate brachytherapy using a highly sensitive normoxic N-vinylpyrrolidone polymer gel dosimeter. Phys Medica 2019;57:72-9.
14. Referans14: Senkesen O, Tezcanli E, Buyuksarac B ve Ozbay I. Comparison of 3D dose distributions for HDR 192Ir brachytherapy sources with normoxic polymer gel dosimetry and treatment planning system. Med. Dosim. 2014;39(3):266-71.
15. Referans15: Baldock C, De Deene Y, Doran S, ve ark. Polymer gel dosimetry. Phys Med Biol 2010;55(5):R1.
16. Referans16: Palmer AL, Andrew N ve David B. Verification of high dose rate brachytherapy dose distributions with EBT3 Gafchromic film quality control techniques. Phys Med Biol 2013;58(3):497.
17. Referans17: Yewondwossen M. Characterization and use of a 2D-array of ion chambers for brachytherapy dosimetric quality assurance. Med Dosim 2012;37(3):250-6.
18. Referans18: Manikandan A, Biplab S, David PA, Holla R, Vivek TR ve Sujatha N. Relative dosimetrical verification in high dose rate brachytherapy using two-dimensional detector array IMatriXX. J Med Phys. 2011;36(3):171.
19. Referans19: Palmer AL. Physics aspects of safety assurance in high dose rate brachytherapy: quality control testing and implementation of dosimetry audit (Doctoral dissertation, University of Surrey). 2015.
20. Referans20: Kumar R, Sharma SD, Vijaykumar C, ve ark.. A dose verification method for high-dose-rate brachytherapy treatment plans. J. Cancer Res Ther 2008;4(4):173.