Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск
Россия
Россия
Россия
Россия
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
ГРНТИ 76.03 Медико-биологические дисциплины
ГРНТИ 76.33 Гигиена и эпидемиология
ОКСО 14.04.02 Ядерные физика и технологии
ОКСО 31.06.2001 Клиническая медицина
ОКСО 31.08.08 Радиология
ОКСО 32.08.12 Эпидемиология
ББК 51 Социальная гигиена и организация здравоохранения. Гигиена. Эпидемиология
ББК 534 Общая диагностика
ТБК 5708 Гигиена и санитария. Эпидемиология. Медицинская экология
ТБК 5712 Медицинская биология. Гистология
ТБК 5734 Медицинская радиология и рентгенология
ТБК 6212 Радиоактивные элементы и изотопы. Радиохимия
Цель: Исследовать величины относительных неопределенностей в измерении поглощенной дозы с помощью радиохромных полимерных пленок Gafchromic EBT3 для клинических электронных и фотонных пучков медицинских ускорителей. Материал и методы: Полимерные пленки Gafchromic EBT3 калибровались на фотонном и электронном пучках медицинского ускорителя Elekta Axesse с энергией 10 МВ и 10 МэВ соответственно, а также на электронном пучке бетатрона для интраоперационной лучевой терапии с энергией пучка 6 МэВ. Пленки облучались в однородном дозном поле в диапазоне доз от 0,5 до 40 Гр. Величина поглощенной дозы в процессе калибровки контролировалась цилиндрической ионизационной камерой на линейном ускорителе Elekta Axesse и с помощью плоскопараллельной ионизационной камеры типа Markus на бетатроне. Облученные пленки сканировались с помощью планшетного сканера Epson Perfection V750 Pro с глубиной цвета 16 бит на канал (цветовая модель RGB) при пространственном разрешении 150 точек на дюйм (dpi). Для дальнейшего анализа использовались только красный и зеленый цветовые каналы. Для расчета средней величины чистой оптической плотности и ее среднеквадратичного отклонения исследовалась центральная часть каждой из пленок. При построении калибровочной кривой пленки, т.е. зависимости референсной поглощенной дозы, измеренной ионизационной камерой, от чистой оптической плотности, использовались неопределенности измеренной дозы и оптической плотности. Результаты: Относительная неопределенность измеренной с помощью пленки дозы лежит в пределах 7 % для низких значений доз (менее 1 Гр) и в пределах 4 % для высоких значений доз. Зеленый канал цветности оказался менее чувствительным к ионизирующему излучению, однако величина относительной неопределенности оказалось в среднем на 1–2 % ниже, чем у красного канала. Использование разных источников излучения для калибровки привело к разным калибровочным кривым с разницей до ± 6 % (для зеленого канала). Заключение: Полимерные пленки Gafchromic EBT3 могут быть использованы для измерения значений поглощенной дозы не менее 0,5 Гр. Для более низких значений дозы неопределенность измеренных значений, обусловленная статистическими причинами, составляет более 15 %. При значениях дозы порядка 1 Гр и более, неопределенность измерений дозы составляет 5 %, что позволяет использовать пленки для измерения поперечного и продольного распределения дозы с очень высоким пространственным разрешением.
лучевая терапия, пленки Gafchromic EBT3, клиническая дозиметрия, медицинские ускорители, поглощенная доза, неопределенности
Introduction
Radiation therapy is widely used for treatment of malignant tumors all over the world. The development of radiation therapy is based on the development of dose delivery techniques that include Intensity Modulated Radiation Therapy and Volumetric Modulated Arc Therapy. These techniques allow high-quality dose delivery that results in possibility to carry out hypofractionated radiation therapy. This fractionation type is effective for example in the cases of prostate carcinomas [1] or lung cancer [2]. IMRT and VMAT techniques are also effective in the case of irradiation of brain [3] or liver metastases [2]. Each dosimetric treatment plan which use high gradient dose fields should be verified before implementation and patient treatment. One of the widely used ways to check the treatment plan quality is based on the using of radiochromic polymer films that have the best spatial resolution among all dosimeters used in the medical physics. The typical spatial resolution of the polymer films is about 0.1 mm. That is why radiochromic dosimetric films are widely used in clinical dosimetry of photon, electron and proton beams mainly for obtaining of dose spatial distributions of a radiotherapy device. Such films are not exposed by the visible light that makes them more reliable in routine operation. In 2011 third generation of radiochromic film GAFCHROMIC EBT3 was presented. The film is a tissue-equivalent dosimeter with the dose measurement range 0.1–20 Gy according to the manufacture specification [4]. The film has low energy dependence and could be used for dosimetry of both electron and photon beams.
1. Syed YA, Petel-Yadav A.K, Rivers C, Singh A.K. Stereotactic radiotherapy for prostate cancer: A review and future directions. World J Clin Oncol. 2017;8(5):389-97. DOI:https://doi.org/10.5306/wjco.v8.i5.389.
2. Diot Q, Kavanagh B, Timmerman R, Miften M. Biological-based optimization and volumetric modulated arc therapy delivery for stereotactic body radiation therapy// Med. Phys. 2012;39(1:237-45. DOI:https://doi.org/10.1118/1.3668059.
3. Fiorentino A, Giaj-Levra N, Tebano U, et al. Stereotactic ablative radiation therapy for brain metastases with volumetric modulated arc therapy and flattening filter free delivery: feasibility and early clinical results. Radiol Med. 2017;122(9):676-82. DOI:https://doi.org/10.1007/s11547-017-0768-0.
4. Gafchromic. Gafchromic EBT3 film specifications. [Internet]. 2017 [cited 2019 Feb. 20]. Available from: http://www.gafchromic.com/documents/EBT3_Specifications.pdf
5. Andreo P, Burns D, Hohlfeld K, et al. Absorbed dose determination in external beam radiotherapy: An international code of practice for dosimetry based on standards of absorbed dose to water. Technical Report Series no. 398. IAEA. 2000:251.
6. Almond P, Biggs P, Coursey B, et al. AAPM’s TG-51 protocol for clinical reference dosimetry of high-energy photon and electron beams. Med. Phys. 1999;26(9:1847-70
7. Sorriaux J, Kacperek A, Rossomme S, et al. Evaluation of gafchromic ebt3 films characteristics in therapy photon, electron and proton beams. Physica Medica. 2013;29. Suppl.6:599-606. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2012.10.001.
8. Hartmann B. Martisikova M, Jakel O. Technical note: Homogeneity of Gafchromic EBT2 film. Med Phys. 2010;37.Suppl.4:1753-1756. DOI:https://doi.org/10.1118/1.3368601.
9. Niewald M, Fleckenstein J, Licht N, et al. Intraoperative radiotherapy (IORT) combined with external beam radiotherapy (EBRT) for soft-tissue sarcomas - a retrospective evaluation of the homburg experience in the years 1995-2007. Radiat Oncol. 2009;4. Suppl.32:1-6. DOI:https://doi.org/10.1186/1748-717X-4-32.
10. Niroomand-Rad A, Blackwell C, Coursey B, et al. Radiochromic film dosimetry: Recommendations of AAPM radiation therapy committee task group 55. Med Phys. 1998;25. Suppl.11:2093-115. DOI:https://doi.org/10.1118/1.598407.
11. Devic S, Seuntjens J, Hegyi G, et al. Dosimetric properties of improved gafchromic films for seven dierent digitizers. Med Phys. 2004;31. Suppl.9:2392-401. DOI:https://doi.org/10.1118/1.1776691.
12. Butson M, Yu P, Cheung T, Alnawaf H. Energy response of the new ebt2 radiochromic film to x-ray radiation. Radiat Measur. 2010;45. Suppl.7:836-9. DOI:https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2010.02.016.
13. Micke A, Lewis D, Yu X. Multichannel film dosimetry with nonuniformity correction. Med Phys. 2011;38. Suppl.5:2523-34. DOI:https://doi.org/10.1118/1.3576105.
14. Devic S. Radiochromic film dosimetry: Past, present, and future. Physica Medica. 2011;27. Suppl.3:122-134. DOI:https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2010.10.001.
15. Soares C. Radiochromic film dosimetry. Radiat Measur. 2006;41. Suppl.1:S100-S116.
16. Reinhardt S, Hillbrand M, Wilkens J, Assmann W. Comparison of gafchromic EBT2 and EBT3 films for clinical photon and proton beams. Med Phys. 2012;39 Suppl.8:5257-62. DOI:https://doi.org/10.1118/1.4737890.
17. Wolfram. [Internet]. 2019. [cited 2019, Feb. 20]. Available from: https://www.wolfram.com/mathematica.
18. IBA. Description of dosimetric system iba matrix. [Internet]. 2019. [cited 2019, Feb. 20]. Available from: http://www.iba-dosimetry.com/complete-solutions/radiotherapy/imrt-igrt-rotational-qa/matrixxes.
19. IBA, Description of clinical dosimeter dose-1. [Internet]. 2017. [cited 2019, Feb. 20]. Available from: http://www.iba-dosimetry.com/sites/default/files/resources/RT-BR-E-DOSE1_Rev.1_0211_0.pdf.
20. PTW, Description of dosimeter ptw unidos E. [Internet]. 2017. [cited 2019, February 20]. Available from: http://www.ptw.de/unidos_e_dosemeter_ad0.html.
21. PTW, Description of electron cionization chamber PTW23343. [Internet]. 2017. [cited 2019, Feb. 20]. Available from: http://www.ptw.de/advanced_markus_electron_chamber.html.
22. PTW, Description of solid state phantom ptw rw3 SLAP phantom T29672. [Internet] 2017. [cited 2019, February 20]. Available from: http://www.ptw.de/acrylic_and_rw3_slab_phantoms0.html.
23. Epson, Technical characteristics of EPSON Perfection V750 scanner. [Internet]. 2017. [cited 2019, Feb. 20]. Available from: http://epson.ru/catalog/scanners/epson-perfection-v750-pro/?page=characteristics.
