Kommissionierung von Bestrahlungsplanungsalgorithmen und -systemen mittels eines Systemtestphantoms

Fragestellungen: Die Empfehlungen der Strahlenschutzkommission „Physikalisch-technische Qualitätssicherung in der Strahlentherapie – Vorschläge zur Prüfung des gesamten Behandlungssystems“ aus dem Jahr 2010 fanden inzwischen ihren Eingang in die novellierten Fassungen der Strahlenschutzverordnung und der Richtlinie Strahlenschutz in der Medizin. Allerdings gibt es bisher eine Vorgaben zum Umfang zu prüfender Parameter, deren Toleranzen und für entsprechende Phantome. Ein solches Phantom für den Test des Gesamtsystems sollte auch für Teilaufgaben im Rahmen der Kommissionierung von Bestrahlungsplanungssystemen geeignet sein.

Material und Methoden: Das in der Klinik entwickelte und gefertigte Phantom ist modular aufgebaut (Abb. 1). Ein PMMA-Grundkörper enthält Strukturen für geometrische Messungen und beinhaltet vier quaderförmige Inhomogenitäten (Lungenmaterial Gammex 455, RW-3, Wasser und PMMA) mit jeweils dem Querschnitt 5 x 5 cm2. Mittels Bohrungen können Dosismessungen im Grundkörper und den Inhomogenitäten erfolgen. Das Phantom wurde mit einem CT-Thoraxprotokoll (130 kV, 90 eff. mAs) am Somatom Emotion (Siemens) mit 3 mm Schichtdicke untersucht. Die Bestrahlungsplanung erfolgte einmal im OTP Masterplan (Version 4.3.0.410, Elekta) mit dem bereits früher implementierten Collapsed-Cone-Algorithmus (Dichtematrix 1x1x1 mm3, Dosismatrix 1x2x1 mm3). Parallel wurde im Rahmen der Kommissionierung des Monte-Carlo-Algorithmus im IPlan RTDose (Version 4.1.4, BrainLab) geplant (Varianz 1 %, dose to water, accuracy optimiert, 2,4x2,4x2,0 mm3 Ortsauflösung). Berechnet wurden rechteckige Felder von anterior der Abmessungen 2x30 cm2, 4x30 cm2 und 5x30 cm2 für jeweils X6 und X15 des Oncor-160 (Siemens), die sich über alle Inhomogenitäten erstrecken. Die Messungen erfolgten mit den Ionisationskammern Semiflex 31006 (0,3 cm3) und PinPoint 31003 (0,015 cm3, beide PTW). Die Ankopplung der PinPoint an die Semiflex, sowie erforderliche Korrekturen erfolgten gemäß den DIN 6809-8 (Entwurf 03/2014) und 6800-2 (2008). Verglichen werden die in den zwei Planungssystemen berechneten Dosiswerte mit den gemessenen Dosen in den Inhomogenitäten und im PMMA-Grundkörper (Isozentrumsmesspunkt), wobei die Feldbreiten 4 und 5 cm mit der Semiflex und die 2-cm-breiten Felder mit der PinPoint gemessen wurden. Die PinPoint-Messungen im Lungeneinsatz wurden bezüglich des abweichenden Materials des Differenzvolumens zur Semiflex korrigiert.
Hier nicht dargestellt werden die Ergebnisse für eine Vielzahl anderer Felder und Berechnungen von Dosis-Volumen-Histogrammen
für die konturierten inhomogenen Einsätze.

Ergebnisse: Für Messpunkte in der Isozentrumsebene (alle in Abb.2 oder 3 nicht mit fokusnah oder fokusfern bezeichneten Punkte) weichen alle gemessenen und berechneten Dosiswerte maximal um 1 % voneinander ab, eine Ausnahme bildet das Lungenmaterial, wo feldgrößen-, energieabhängig und abhängig vom Planungssystem bis zu 5 % Abweichungen gefunden wurden (Abb. 2, 3). Vor allem für einen fokusfernen Messpunkt im RW-3 wird für das schmalste Feld die Dosis von beiden Planungssystemen um bis zu 4 % überschätzt. Ursachen hierfür können Artefakte durch Metallmarker im Phantom sein. Die gefundenen Dosisabweichungen in der Isozentrumsebene (außer für Lunge) liegen innerhalb des Messunsicherheitsbudgets von ≤ 2 %.
Für die (nahezu) Punktdosismessungen zeigte sich kein Genauigkeitsvorteil für einen der zwei Rechenalgorithmen bzw. eines der Planungssysteme.

Zusammenfassung: Das verwendete Phantom ermöglicht die Bestimmung von Datensätzen, die parallel für die Kommissionierung von Planungssystemen und den Systemtest verwendet werden können. Dabei sind auch Bewertungen in Grenzbereichen des Anwendungsspektrums, hier z. B. zur Applikation kleiner Felder in Inhomogenitäten möglich. Die gefundenen Abweichungen bilden die Grundlage für die Toleranzbereiche in unserem Systemtest.