Verification of IMRT: Techniques and Problems

Purpose:

IMRT (intensity-modulated radiotherapy) verification techniques are reviewed together with investigations demonstrating the intrinsic verification problems.

Material and Methods:

Different IMRT verification procedures for either class solutions or individual patients are demonstrated. Among the latter are techniques like fluence or three-dimensional (3-D) dose distribution verification within a transfer phantom. Different radiographic films and absolute dose probes are investigated for their suitability. Finally, Monte Carlo techniques (XVMC/VEF) are used for error detection and IMRT verification.

Results:

During introduction of clinical IMRT for head and neck (H&N) tumors, we concurrently applied fluence, relative, and absolute dose measurement. While fluence and relative dose are in rather good agreement with calculations, absolute dose is always low when compared to the TPS (TMS 6.1A, Nucletron B.V.) by 5–7%. This deviation seems to depend not on the number of segments, but can strongly depend on MLC misalignment. Further investigations have revealed the importance of a detailed commissioning of the TPS down to the small-field range using diamond or diode probes and its detailed verification. In addition, simple tests have shown that dose calculation approximations in the IMRT option of TMS are one major source of the dose deviation. XVMC/VEF does not use such approximations.

Conclusion:

The procedure starts with a detailed TPS commissioning and verification process. Different verification methods are recommended during clinical IMRT implementation phase, in order to locate sources of error. Later on, a minimal program could consist of a fluence or relative dose verification procedure with few films and absolute dose measurement, followed by an intensive MLC quality assurance (QA). Inverse Monte Carlo systems, like IMCO₊₊/IKO or Hyperion, seem to be able to reduce the effort.

Ziel:

Neben einem Überblick über Verifikationstechniken der IMRT (intensitätsmodulierten Radiotherapie) werden Untersuchungen zu intrinsischen Verifikationsproblemen dargestellt.

Material und Methodik:

Verschiedene Verifikationsmethoden für Klassenlösungen sowie für individuelle Patientenpläne werden demonstriert, wie etwa Fluenz- und dreidimensionale Dosisverteilungen in einem Ersatzphantom. Dazu werden verschiedene Radiographiefilme und Absolutdosissonden auf ihre Eignung untersucht. Monte-Carlo-Techniken (XVMC/VEF) werden zur Fehleranalyse eingesetzt und auf ihre Tauglichkeit zur Verifikation untersucht.

Ergebnisse:

Bei der klinischen Einführung der IMRT bei Kopf-Hals-Tumoren wurden parallel Fluenz-, relativ- und absolutdosimetrische Verfahren zur Verifikation angewandt. Während die Fluenz- und Dosisverteilungen gut mit den Berechnungen übereinstimmen, sind die Absolutdosen systematisch um 5–7% niedriger als die mit dem TPS (TMS 6.1A) berechneten. Die Abweichung scheint nicht von der Gesamtzahl der Segmente des Plans abzuhängen, kann aber relativ stark von einer geringen Abweichung der MLC-Leaves vom Sollwert abhängen. Weitere Untersuchungen zeigen auf, wie wichtig eine detaillierte TPS-Kommissionierung bis in den Bereich kleiner Feldgrößen mit umfangreichen Verifikationen und einfachen Tests ist. Damit konnte ein wichtiger Beitrag zum Dosisfehler, nämlich zusätzliche Näherungen bei der Dosisberechnung von IMRT-Plänen, verantwortlich gemacht werden. XVMC/VEF verwendet keine derartigen Näherungen.

Schlussfolgerung:

Die Prozedur beginnt mit einer detaillierten TPS-Kommisionierung und Verifikation. Während der klinischen Einführungsphase sollten unterschiedliche Verifikationsverfahren eingesetzt werden, um etwaige Fehler aufzuspüren. Später kann ein Minimalprogramm verwendet werden, das entweder aus Fluenz- oder Relativdosismessungen in Verbindung mit einer Absolutdosisbestimmung besteht. Unabhängig davon sollte eine intensive Qualitätssicherung (QS) des MLCs erfolgen. Inverse Monte- Carlo-Systeme wie IMCO₊₊/IKO oder Hyperion sind vermutlich geeignet, den Aufwand beträchtlich zu reduzieren.