FFFビームにおけるデータ取得の留意点

FFF ビームにおけるデータ取得の留意点 駒澤大学保科 佐藤研究室 3 年渡辺翔太 藤井優作 齋藤拓也 田尻雄大

対象論文について [1] 佐藤智春 : FFF ビームのビーム特性 論文を中心に : 日本放射線技術学会第 96 回東京支部セミナー (2015) [2]Zheng Chang, Qiuwen Wu, Justus Adamson, Lei Ren, James Bowsher, Hui Yan, Andrew Thomas, and Fang-Fang Yin Commissioning and dosimetric characteristics of TrueBeam system: Composite data of three TrueBeam machines : Medical Physics 39, 6981 (2012) [3]Gloria P. Beyer : Commissioning measurements for photon beam data on three TrueBeam linear accelerators, and comparison with Trilogy and Clinac 2100 linear accelerators : Journal of Applied Clinical Medical Physics, Volume 14, Number 1, (2013) [4]X. R. Zhu, Y. Kang, and M. T.Gillin : Measurements of in-air output ratios for a linear accelerator with and without the flattening filter : Medical Physics 33, 3723 (2006) [5]Oleg N Vassiliev, Uwe Titt, Falk PÖnisch, Stephen F Kry, Radhe Mohan and Michael T Gillin : Dosimetric properties of photon beams from a flattening filter free clinical accelerator : Phys. Med. Biol. 51 (2006) [6]Patrick Cadman : A dosimetric investigation of scatter conditions for dual asymmetric collimators in open fields : Medical Physics 22, 457 (1995)

対象論文について [7] 鶴巻郁也 : 平坦化フィルタの有無による高エネルギー光子線の線質の変化 : 駒澤大学医療健康科学部平成 28 年度医療健康科学部総合研究発表 (2016) [8]Stephan F. Kry, Richard Popple, Andrea Molineu, David S. Followill : Ion recombination correction factors (Pion) for Varian TrueBeam high-dose-rate therapy beams : Journal of Applied Clinical Medical Physics, Volume 13, Number 6, (2012) [9]Yuenan Wang, Stephan B. Easterling, Joseph Y. Ting : Ion recombination corrections of ionization chambers in flattening filter-free photon radiation : Journal of Applied Clinical Medical Physics, Volume 13, Number 5, (2012)

容対象論文について 駒澤大学に導入予定の TrueBeam のビームデータ取得上の留意点を予め確認しておくことを目的として対象論文の絞り込みを行った Review article 路先案内人として利用させていただいた論文 佐藤智春 : FFF ビームのビーム特性 論文を中心に 日本放射線技術学会第 96 回東京支部セミナー (2015) 1) ビームの計測方法内平坦化フィルタの必要性 2) 平坦化フィルタのない治療装置 3) FFFビームの特性

基本知識 : プロファイルペナンブラと jaw inplane 加速管方向 crossplane 直交方向 jaw の位置とペナンブラには密接な関係がある 加速管方向のプロファイルを crossplane その直交方向のプロファイルを inplane とすると コリメータ角度 0 の場合 inplane は上絞り crossplane は下絞りが対応している 上絞り : 疑似円弧 下絞り : 円弧運動 よってペナンブラは inplane > crossplane となる また 理想的にはコリメータ角度を 90 回転させるとペナンブラは 0 inplane = 90 crossplane 0 crossplane = 90 inplane が一致するはずである

基本的事項 : 線量計の体積平均効果 検出器の大きさによる体積平均効果 電離空洞内に急峻な線量勾配が存在する場合 その電離空洞内での測定線量が平均化され 過大評価や過小評価を引き起こす現象 検出器が大きいと体積平均効果が大きくなる

基本的事項 : 線量計の体積平均効果 Relative Dose (%) 100 80 60 40 20 0 depth 26 mm Field 100 mm CC01 CC04 CC13 30013 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 Off axis distance (mm) 岩手 RT 研究会の提供資料 SFD AAA 検出器 直径 幅 (mm) CC01 2 CC04 4 CC13 6 30013 6.1 SFD 0.06 AAA TPS のプロフィル 検出器幅 直径の小さい検出器が望ましい

FF と FFF ビームのプロファイル 10 MV FF 10 MV FFF TrueBeam SFD [2]Chang 等 (2012) 報告 FF ビームではターゲットで生成された X 線が FF により平坦化 FF が取り除かれたことにより平坦化されず 中心軸にピークをもつプロファイル FF ビームと比較し FFF ビームでは中心軸にピーク

FFF ビームのプロファイル [2]Chang 等 (2012) 報告 6 MV FFF 10 MV FFF TrueBeam SFD 高エネルギーほど散乱角度が小さくなる エネルギーが高くなるほど中心軸が前方に突き出たプロファイル FFF は高エネルギーになるとプロファイルが急峻

ペナンブラ [2]Chang 等 (2012) 報告 Field size 10 10 cm 2 5 5 cm 2 Collimator angle Energy 6 MV FF 10 MV FF 6 MV FFF 10 MV FFF 0 90 crossplane 5.03 5.53 3.70 4.83 inplane 5.88 6.70 4.70 5.30 crossplane 5.75 6.20 4.38 5.45 inplane 5.10 5.80 3.85 4.45 FF FFF 共にペナンブラはコリメータ角度 0 の crossplane と inplane では inplane が大きく 90 では crossplane が大きい コリメータ角度 0 crossplane と 90 inplane 又 0 inplane と 90 crossplane では不一致

Diagonal profile 6 MV, 1.5 cm (dmax) 15 MV, 2.8 cm (dmax) [3]Beyer(2013) の報告 CC13 0.125cm 3 ion chamber FF ビーム TrueBeam Clinac 2100 Trilogy TrueBeam の厚いプライマリーコリメータによる影響と言及 プライマリーコリメータ厚の影響ではなく 電離箱の幾何学的配置が原因と予想 電離箱が対角線上に対して垂直に配置されなかったことで 河岸段丘が現れた可能性あり 測定方法に詳細な幾何学的配置が記されていないため真の原因が不明確

プロファイル [3]Beyer の報告 15 MV, 40 40 cm 2, 10 cm, FF ビーム CC13 0.125cm 3 ion chamber Relative Dose[%] Relative Difference[%] TrueBeam Clinac 2100 Trilogy Diff. Clinac to TrueBeam Diff. Trilogy to TrueBeam Off-Axis Distance[mm] プロファイルの差をプロットとし 加速器間のビームプロファイルデータを分析 Beyer は 照射野内の変動を TrueBeam 15MV フラットニングフィルタの設計が異なることが原因と言及 測定方法の具体的な言及がない 加速器間でのプロファイル中心軸がずれている恐れ

プロファイル勾配分析法 51 51 5 mm のズレ 46 56 プロファイル測定において 検出器の位置や中心軸は正確でなければならない プロファイルを微分することによりエッジを検出できる 中心軸からの幅が検出されることによりズレが分かる ズレの検出が簡便で正確

正方形照射野での Sc [4]Zhu 等 (2006) 報告 正方形照射野における 6 MV,18 MV の Sc 使用機器 :Clinac 2100EX ( Variann) 6 MV:FFF ビーム使用時に 2 mm の Copper disk 測定 : 円筒型電離箱, ミニファントム 10 g/cm 2

矩形照射野での Sc [4]Zhu 等 (2006) 報告 矩形照射野における 6 MV,18 MV の Sc Sc の変動に与える影響は 上絞りによるものが大きい upper jaw : Y lower jaw : X 使用機器 :Clinac 2100EX ( Variann) 6 MV:FFF ビーム使用時に 2 mm の Copper disk 測定 : 円筒型電離箱, ミニファントム 10 g/cm 2

OPF [3]Beyer(2013) の報告 6 MV, 95 cm SAD 15 MV, 95 cm SAD FF ビーム TrueBeam Clinac 2100 Trilogy TrueBeam 装置 : OPF の照射野依存が少ない原因 antibackscatter filter の導入 ヘッド構造の相違が原因と言及 antibackscatter filter の位置についての言及はないが 名称からモニタ線量計の下流に存在すると推測

antibackscatter filter について [3]Beyer(2013) の報告 TrueBeam ヘッド内に antibackscatter filter が存在すると言及 Varian 社のモンテカルロシミュレーションより jaw とモニタ線量計の間にこのようなフィルタ がないことが確認された antibackscatter filter は 線源側に位置している antibackscatter filter FF Monitor chamber Upper jaw Upper jaw Lower jaw

OPF FF と FFF の Scp [5]Vassiliev 等 (2012) 報告 正方形照射野の中心軸での測定 対称照射野でない時 FFF ビームと FF ビームの Scp の差の大きさはさらに広がると予想 6 MV,18 MV の FF,FFF ビームにおける Scp 使用機器 :Clinac 21EX (Varian) SSD:100 cm, 照射野サイズ 10 10 cm 2, 最大線量深測定器 :PPC40 parallel plate ionization chamber RK chambers

OPF 非対称絞りの Sc Y2 [6]Cadman(1995) 報告 X1 B A upper jaw : Y lower jaw : X r Y1 C : 対称照射野 D X2 Field [cm] r [cm] Sc 対称照射野との比 A 0 1.000 1.000 10 10 B 5 0.999 0.999 C 5 1.003 1.003 D 5 0.999 0.999 B 10 1.025 0.998 20 20 C 10 1.029 1.002 D 10 1.025 0.999 使用機器 :Clinac 2100 (Varian), 測定器 :PR-05P chamber (in-air) Asymmetric collimators による Sc ( in-air ) 測定点は各照射野中心 ( ) である 非対称絞りと対称絞りの Sc の差は 1% 以内 照射野の中心からのずれは Sc とは独立

PDD 6 MV PDD [5]Vassiliev 等 (2012) 報告 6 MV 実効エネルギー (FF FFF) 6 MV FF 6 MV FFF Effective energy[mev] TrueBeam PTW TN30013 field size:2.1 2.1 cm 2 測定系 : 空気中 2.41 2.08 [7] 鶴巻郁也 (2016) 駒澤大学医療健康科学部総合研究発表 実効エネルギーは FFF で小さい Clinac 21EX PPC40 Plane-parallel chamber 10 10 cm 2 4 MV:BJR 25 報告 4 MV:BJR 25 報告 測定系 : 媒質中 6 MV FFF の低エネルギー側へのシフト FF FFF におけるビームハードニングの有無

PDD [5]Vassiliev 等 (2012) 報告 各照射野サイズにおける dmax の変化 Clinac 21EX PPC40 Plane-parallel chamber 照射野サイズにおける dmax の変化 FF>FFF FF : 照射野サイズ大 散乱線増加 dmax が小さくなる FFF: フラットニングフィルタ由来の散乱線無し

イオン再結合補正係数 パルスあたりの線量依存 6 MV 10 MV FF FFF FF FFF cgy/pulse 0.03 0.08 0.03 0.13 Mean Pion 1.003 1.006 1.003 1.010 depth:10 cm field size:10 10 cm 2 SSD:100 cm TrueBeam Exradin A-12 chamber(farmer-type ion chamber) FFF を用いることによるパルスあたりの線量増加 [8]Kry 等 (2012) 報告 パルス数を変化させ パルスあたりの線量を変化 パルスあたりの線量 (Varian) イオン再結合補正係数 フラットニングフィルタによるパルスあたりの線量変化 深さにおいてはどのような変化か パルスあたりの線量に依存

イオン再結合補正係数 [8]Kry 等 (2012) 報告 電離箱の種類における依存 6 MV FFF 10 MV FFF Ion chamber 10 cm dmax 10 cm dmax Exradin A-12 1.006 1.009 1.010 1.014 PTW TN30013 1.005 1.008 1.011 1.013 NEL 2571 1.010 1.013 1.015 1.018 TrueBeam Farmer-type ion chamber field size:10 10 cm 2 SAD:100 cm 3 種類の電離箱は各エネルギーに関して 0.5% 程度の相違 同タイプの電離箱でも個体差がある 深さにおける個々の電離箱について Pion の測定が必要

イオン再結合補正係数 [9]Wang 等 (2012) 報告 電離箱のタイプにおける依存 Energy 6 MV FF 6 MV FFF 10 MV FF 10 MV FFF Farmer chamber 1.004 1.008 1.012 1.015 PinPoint chamber 1.000 1.006 1.005 1.005 Plane-parallel chamber 1.018 1.014 1.011 1.019 TrueBeam depth:10 cm field size:10 10 cm 2 SAD:100 cm Farmer chamber(0.6 cc):ptw 30013 PinPoint chamber(0.015 cc):ptw 31006 Plane-parallel chamber(0.02 cc):ptw 23342 Pion は電離箱のタイプに依存 FF FFF 間の 2% 以内の相違 有意な差は見られないとの報告

イオン再結合補正係数 [8]Kry 等 (2012) 報告 [9]Wang 等 (2012) 報告 KryらとWangらの報告による相違 Wangらの報告 FFとFFF 間のPionは有意な差が見られない 深さ10 cmのみの測定 Kryらの報告深さに対するPionの変化を考慮する必要がある dmaxと10 cmでの測定深さによるイオン再結合の考慮

イオン再結合補正係数 [2]Chang 等 (2012) 報告 FFF における深さによる Pion の変化 (40 40 cm 2 ) ion recombination correction factor 1.025 1.02 1.015 1.01 1.005 6 MV FFF 10 MV FFF TrueBeam CC13 compact ion chamber Wellhofer 水ファントム 10 MV FFF の方が Pion の変化は大きい 1 0 5 10 15 20 25 30 35 40 depth[cm] 深部に関して適切な補正の考慮

結論 プロファイルの特性 検出器は検出幅が小さい方がよい ペナンブラはjawの位置に依存する 照射野サイズにおけるScの変化はFFFビームでほうが小さい エネルギーが大きいほど FFとFFFのScの差は大きい 照射野サイズにおけるdmaxの変化 深部におけるイオン再結合の考慮

謝辞 このような場を提供してくださいました東京医科大学病院筑間晃比古様ならびに東京放射線治療技術研究会の皆さまに深く御礼申し上げます ご清聴ありがとうございました