StrålevernRapport 2009:10. Dosimetrikontroll med radiokromisk film. Resultater og analyse fra 10 stråleterapisentra i Norge

Transkript

1 StrålevernRapport 2009:10 Dosimetrikontroll med radiokromisk film Resultater og analyse fra 10 stråleterapisentra i Norge

2 Referanse: Mauring Alexander. Dosimetrikontroll med radiokromisk film: Resultater og analyse fra 10 stråleterapisentra i Norge. StrålevernRapport 2009:10. Østerås: Statens strålevern, Emneord: Dosimetri. Radiokromisk film. Stråleterapi. Sammenligning. Resultater. Resymé: I forbindelse med et prosjekt i regi Statens Strålevern ble det foretatt målinger med radiokromisk film på alle 10 stråleterapisentra i Norge i løpet av høsten 2008 og våren Denne rapporten inneholder måleresultatene og analyse fra totalt 19 lineærakseleratorer. Reference: Mauring Alexander. Dosimetric control with radiochromic film: Results and analysis from 10 radiotherapy hospitals in Norway. StrålevernRapport 2009:10. Østerås: Norwegian Radiation Protection Authority, Language: Norwegian. Key words: Dosimetry. Radiochromic film. Radiotherapy. Comparison. Results. Abstract: As a part of a project at the NRPA measurements were performed using radiochromic film at all 10 radiotherapy centres in Norway during the fall of 2008 and spring of This report contains measurement results and analysis from a total of 19 linear accelerators. Prosjektleder: Alexander Mauring Godkjent: Gunnar Saxebøl, avdelingsdirektør, Avdeling strålevern og sikkerhet. 60 sider. Utgitt Opplag 100 (09-05). Form, omslag: LoboMedia AS. Trykk: LoboMedia AS, Oslo. Bestilles fra: Statens strålevern, Postboks 55, No-1332 Østerås, Norge. Telefon , faks E-post: nrpa@nrpa.no ISSN

3 StrålevernRapport 2009:10 Dosimetrikontroll med radiokromisk film Resultater og analyse fra 10 stråleterapisentra i Norge Alexander Mauring Statens strålevern Norwegian Radiation Protection Authority Østerås, 2008

4 4

5 Forord I Norge i dag er det 10 sykehus som tilbyr ekstern strålebehandling. Mengden av nye pasienter som undergår strålebehandling har økt kraftig de siste årene, og antallet felteksponeringer som blir gitt i året har doblet seg siden Statens Strålevern har et nasjonalt ansvar for de strålingsrelaterte enhetene gray, sievert og becquerel i Norge. I tillegg dekker sekundærstandard dosimetrilaboratoriet (SSDL) ved Strålevernet blant annet behovet for kalibrering av ionisasjonskammer for høyenergetisk stråleterapi. Dosimetrien er sporbar til blant annet BIPM (Bureau International des Poids et Mesures) i Paris. [1, 2] SSDL driftes til daglig av Hans Bjerke og Per Otto Hetland. Strålevernet ble gitt et mandat for kvalitetssikring i stråleterapi, KVIST (KValitetsikring I Stråleterapi) [3, 4], som en del av Nasjonal Kreftplan [5]. Mandatet skal assistere sykehus i både fysiske og medisinske aspekter av stråleterapi. En referansegruppe i KVIST ble opprettet i 2000, med medlemmer på tvers av sykehus og arbeidsområde (medisinsk fysikere, onkologer, stråleterapeuter). Mye av arbeidet i forbindelse med KVIST blir utført av arbeidsgrupper bestående av både lokale spesialister og KVIST-medlemmer. I samarbeid med KVIST ble det utført en dosimetrirevisjon på sykehusene i 2001/2002 i henhold til IAEAs TRS-398 protokoll, som er basert på punktmålinger med ionisasjonskammer i vannfantom [6, 7]. Som en del av en masteroppgave ved Universitetet i Oslo og Statens Strålevern ble det utviklet en metode for dosimetrimålinger ute på sykehusene med radiokromisk film. Det ble også foretatt målinger ved bruk av denne metoden på 7 av landets stråleterapisentra. [8] Prosjektet ble senere videreutviklet ved Statens Strålevern under dosimetrigruppa i KVIST. Det har til slutt blitt foretatt målinger med radiokromisk film på samtlige sykehus i Norge som tilbyr strålebehandling. Filmen er spesielt egnet til dosimetri fordi den skifter farge spontant ved bestråling og altså ikke krever fremkalling før signalet kan leses. Denne rapporten inneholder resultatene fra dosimetrikontrollen med radiokromisk film ute på sykehusene. Resultatene har blitt anonymisert, men hvert enkelt sykehus har fått innsyn i sine egne resultater. Rapporten påberoper seg ikke noen fasit, men er å betrakte som en indikasjon på hvordan lineærakseleratorene i Norge ligger an når det gjelder å reprodusere et standardisert feltoppsett. Dosimetrigruppen i KVIST består av fysikere fra de ulike sykehusene med en spesiell interesse for dosimetri. Gruppen har følgende medlemmer: Hans Bjerke (NRPA) Ståle Ølberg (UUS) Jan Evensen (DNR) Christoffer Lervåg (DNR) Bengt Erik Johansson (SIG) Mathis Hassler (SSK) Johan Vikstrøm (SUS) Harald Valen (HUS) Anne Strand Alfredsen (ÅS) Nina Levin (SOH) Ingvild Bilberg (NSHF) Oddvar Spanne (UNN) Metodeutvikling og målinger ble i stor grad gjort sammen med Hans Bjerke og Per Otto Hetland. Jeg er svært takknemmelig for dette samarbeidet, og setter stor pris på all hjelp jeg har fått underveis. I tillegg vil jeg utbringe en takk til alle som har tatt godt i mot meg ved sykehusene, og gjort denne rapporten mulig. Data og figurer fra rapporten kan brukes fritt med kildehenvisning. Alexander Mauring April Tall hentet fra KVIST-portal: 5

6 6

7 Innhold 1 Introduksjon 9 2 Teori og metode Absoluttdosimetri Kavitetsteori Doseberegning TRS Relativ dosimetri Feltstørrelse og penumbra Feltflathet og symmetri Metode for absoluttdosimetri Utstyr Prosedyre Usikkerhet i absoluttdosimetri Metode for bestråling av radiokromisk film Bakgrunnsstoff Prosedyre Feltoppsett standardfelt Feltoppsett oppsett Feltoppsett oppsett Feltoppsett oppsett 3 og Feltoppsett sammenfatning Metode for absoluttkalibrering av filmen Gammaevaluering Karakterisering av skjøt 18 3 Resultater Bakgrunn Absoluttdosimetri i standardfeltet Standardfeltet film Feltkarakterisering Doseprofiler i planet Skjøtede felt Dosefordeling oppsett Dosefordeling oppsett 3 og Linjeprofiler gjennom isosenter Felt med overtravel Feltdata Dosefordeling oppsett Gammaevaluering Standardfeltet Oppsett 1 45

8 3.6.3 Oppsett Oppsett Oppsett Sammenfatning av resultater fra gammaevaluering Evaluering av filmen Film vs. ionisasjonskammer Reising med film Usikkerhet i bruk av film 53 4 Diskusjon Standardfeltet Skjøtede felt Overtravel Gammaevaluering Film som dosimetriverktøy 55 5 Referanser 55 8

9 gammaevalueringen for standardfeltet til line- ærakselerator 3, 4, 13 og 14 (Figur 140 og Figur 141), der penumbra har blitt feilberegnet i y-retningen. I Figur 19 ser man en sammenligning av målte penumbraverdier for alle lineærakseleratorer. Dersom man ser på verdiene sortert på produsent er det klart at det er forskjell i penumbra mellom produsentene. Maskiner fra produsenten Varian har generelt lavest penumbra med et gjennomsnitt på 0,49 cm, og også minst variasjon mellom penumbra i x- og y-retning. Elekta har størst variasjon mellom penumbra i x- og y-retning og gjennomsnittlig penumbra 0,56 cm. Siemens har den gjennomsnittlig høyeste penumbraverdien på 0,59 cm. Størrelser for symmetri og feltflathet ble også kalkulert for alle lineærakseleratorer, og angir homogenitet i strålefeltet. På grunn av usikkerhet relatert til filmens kjemiske respons kan disse størrelsene være noe overestimert, men man kan likevel se at samtlige av størrelsene ligger nær hverandre i verdi. Alt i alt kan man si at sykehusene viser god kontroll på standardfeltet, da det ikke er noen sykehus som skiller seg merkbart ut fra de andre. 4.2 Skjøtede felt Skjøtede felt brukes til vanlig ved head-andneck behandling der skulderen skal ha så liten dose som mulig. For oppsettene der to felt er skjøtet med eller uten kollimatorrotasjon er det klart at selve skjøtområdet er et problem på mange behandlingsmaskiner. Store over- og underdoseringer kan i verste fall gi endelig utslag på om en behandling er vellykket eller ikke. Både fra planprofiler, linjeprofiler og gammaevaluering er det klart at det forekommer store avvik i skjøtområder. Et hovedproblem med denne typen avvik er at de ofte blir oversett av de eksisterende kontrollene. Ionekammerarray blir blant annet ofte brukt til å kvalitetssjekke avanserte IMRT- Et eksempel på et slikt array er I mrt planer. MatriXX (Scanditronix Wellhöfer, Schwar- Tyskland), som har en oppløsning på zenbruck, 0,72 mm [27]. Dette er distansen mellom to tilliggende ionisasjonskammer, og er mer enn 20 ganger grovere enn oppløsningen til filmen. Fra Tabell 8 og Tabell 9 finner man at gjennomsnittlig halvverdibredde på alle skjøter er 0,34 cm. Det betyr at denne typen avvik i dosefordelingen kan bli helt eller delvis oversett av ionekammerarray. Figur 101 viser at det generelt måles høyere doser i felt 5 enn i felt 4. Det er ikke identifisert noen klar grunn til denne forskjellen. Noen mulige årsaker er rekkefølgen feltene ble bestrålt i, eller inhomogenitet i responsen til skanneren som ikke korrigeres ved å subtrahere et bakgrunnsbilde. 4.3 Overtravel Felt der blendere kjøres over sentralaksen (overtravel) ble undersøkt i feltoppsett 2. Her er det overtravel i begge blenderretninger for alle lineærakseleratorer som ikke hadde spesielle begrensninger som hindret dette. To ho- vedaspekter ble undersøkt; lineærakselerato- av feltene viser at dose- rens evne til å reprodusere små overtravel felt geometrisk, og doseplansystemets evne til å beregne dosene til disse feltene nøyaktig. Geometrisk reproduseres feltene innenfor 2 mm (7 %) variasjon. Dette er det samme avviket som for standardfeltet, og er et akseptabelt avvik når man tar hensyn til usikkerheten relatert til målingen. Figur 102 viser at feltstørrelsen varierer noe mer i x-retning enn i y- retning. Alle de målte dosene varierer innenfor 1,9 ± 0,1 Gy bortsett fra lineærakselerator 13. Det er generelt mye variasjon i de målte dosene, og gammaevalueringen plansystemet i flere tilfeller ikke klarer å beregne dosen korrekt til feltene med overtravel. Samlet viser resultatene at selv om lineærakseleratorene geometrisk klarer å reprodusere små felt er det ikke alltid doseplansystemet klarer å beregne riktig dose i disse feltene. Imidlertid er det vanlig at slike små felt tillegges svært liten vekt under behandling, og derfor vil små avvik i praksis ikke ha noe å si for den totale dosefordelingen. 4.4 Gammaevaluering Gammaevalueringsmetoden ble brukt for å sammenlikne målt dosefordeling med film og beregnet dosefordeling fra sykehusets doseplansystem. Disse målingene kan sees i Figur 123 til Figur 177. Resultatene viser at for de fleste lineærakseleratorer blir dosefordelingen til standardfeltet som forventet beregnet med god nøyaktighet for samtlige maskiner. For 54

10 spesialtilfellene med skjøtede felt er det skjøtområdet som markerer seg negativt for de fleste maskinene. Det er også klart at en betraktelig høyere andel av pikslene i feltoppsettene med spesielle teknikker feiler sammenlignet med standardfeltet. Noen maskiner gjør det generelt dårlig for alle feltoppsett. Dette kan da indikere at det for eksempel er en kalibreringsfeil på bildet. Likevel er det viktig å huske at ting kan se mer drastisk ut på denne typen sammenligninger enn det virkelig er. En liten kalibreringsfeil kan føre til at en andel av pikslene viser feil dose. I tillegg vil for eksempel pasientens forflytning under behandlingen være en mye større feilkilde enn avvikene som er registrert her. Derfor må resultatene sees på som en indikasjon på trender, og ikke med tanke på absolutte avvik. 4.5 Film som dosimetriverktøy Radiokromisk film av typen GafChromic EBT har definitivt en fremtid innen lineærakselerator QA. Filmen har overlegen oppløsning sammenliknet med ionisasjonskammer, krever ingen fremkalling og kan skannes på en vanlig Epson skanner. Da filmen også kan kuttes i mindre biter etter ønske, blir kostnaden også lav. Det er imidlertid noen vanskeligheter i implementeringen av radiokromisk film som ny metode på sykehusene. Disse er spesielt relatert til identifisering av feilkilder i skanning og absoluttkalibrering av filmen. Metoden som foreslås i StrålevernRapport 2009:9 kan enkelt videreutvikles og tilpasses hvert enkelt sykehus. Med denne metoden vil også usikkerhetene være noe lavere enn for resultatene i denne rapporten. 2σ-usikkerheten er da under 3 % for doser rundt 2 Gy. Spesielt ved implementeringen av IMRT er det viktig å ha god kontroll på dosimetrien, og da er GafChromic EBT et godt alternativ. Produsenten har i tillegg annonsert andre generasjon av filmen, med økt presisjon og enklere utlesing av absolutt dose [28]. Det finnes også flere ferdigløsninger for enkel prosessering og analyse av filmene. Alt i alt kan radiokromisk film være et nyttig supplement til eksisterende kvalitetskontroller. 5 Referanser [1] Åpning av SSDL ved Statens Strålevern. StrålevernInfo 9:2008. Østerås: Statens strålevern, Internett/Publikasjoner/Straleverninfo/2008/ StralevernInfo_9_2008.pdf ( ) [2] Dosimetrilaboratoriet ved Statens strålevern. StrålevernRapport 4:2003. Østerås: Statens strålevern, archive/internett/publikasjoner/straleverninfo/ 2003/StralevernInfo_4_2003.pdf ( ) [3] Kvalitetssikring i stråleterapi (KVIST). StrålevernInfo 2:2003, Østerås: Statens strålevern, archive/internett/publikasjoner/straleverninfo/ 2003/StralevernInfo_2_2003.pdf ( ) [4] Quality assurance in radiotherapy - 8 years outcome. NRPABulletin 8:2008, Østerås: Statens strålevern, archive/internett/publikasjoner/straleverninfo/ 2008/StralevernInfo_8_2008.pdf ( ) [5] Omsorg og kunnskap: Norsk kreftplan, NOU 1997:20. Oslo: Sosial- og helsedepartementet, Rpub/NOU/ /021/PDFA/NOU DDDPDFA.pdf ( ) [6] Bjerke H. Dosimetry in Norwegian radiotherapy: Implementation of the absorbed dose to water standard and code of practice in radiotherapy in Norway. StrålevernRapport 11:2003, Østerås: Statens strålevern, oner/stralevernrapport/2003/stralevernrapp ort_11_2003.pdf ( ) [7] IAEA TRS 398. Absorbed dose determination in external beam radiotherapy. IAEA Technical report series 398. Wien: International Atomic Energy Agency, cations/pdf/trs398_scr.pdf ( ) [8] Mauring A. A novel dosimetric protocol for high energy radiotherapy beams in Norway using radiochromic film. Thesis submitted for the degree of Master of Science, Department of Physics, University of Oslo. Østerås: Statens strålevern, [9] Mauring A. Radiokromisk film for kontroll av strålefelt: Protokoll for praktisk 55

11 bruk og behandling av GafChromic EBT til dosimetriformål innen stråleterapi. Strålevern- Rapport 2009:9. Østerås: Statens Strålevern, [10] Metcalfe P, Kron T, Hoban P. The physics of radiotherapy x-rays from linear accelerators. Madison, WI: Medical Physics Publishing, [11] Khan FM. The Physics of Radiation Therapy. 3rd ed. Philadelphia: Lippincott,Williams & Wilkins, [12] Attix FH. Introduction to radiological physics and radiation dosimetry. New York: Wiley-VCH, [13] Seuntjens J, Strydom W, Shortt K. Dosimetric principles, quantities and units. I: Podgorsak E (Ed.) Radiation oncology physics: a handbook for teachers and students. Wien: International Atomic Energy Agency, 2005: publications/pdf/pub1196_web.pdf ( ) [14] Rogers D. Ionizing radiation dosimetry and medical physics. Physics in Canada 1995; 51(4): papers/pic/pic.pdf ( ) [15] IEC International Standard Medical electrical equipment: Medical electron accelerators. Functional performance characteristics. Edition 2.0. IEC International Standard Geneve: International Electrotechnical Comission, [16] Devic S et al. Dosimetric properties of improved GafChromic films for seven different digitizers. Medical Physics 2004; 31(9): [17] GafChromic EBT: Self-developing film for radiotherapy dosimetry. Wayne, NJ: Advanced Materials Group, International Specialty Products, com/_layouts/gafchromic/content/products/ebt /pdfs/ebtwhitepaper.pdf ( ) [18] Fuss M et al. Dosimetric characterization of GafChromic EBT film and its implication on film dosimetry quality assurance. Physics in Medicine and Biology 2007; 52(14): [19] van Battum LJ et al. Accurate dosimetry with GafChromic EBT film of a 6 MV photon beam in water: what level is achievable? Med Phys 2008; 35(2): [20] Saur S, Frengen J. GafChromic EBT film dosimetry with flatbed CCD scanner: a novel background correction method and full dose uncertainty analysis. Medical Physics 2008; 35(7): [21] Paelinck L, De Neve W, De Wagter C. Precautions and strategies in using a commercial flatbed scanner for radiochromic film do- simetry. Physics in Medicine and Biology 2007; 52(): [22] IEC International Standard Radiotherapy equipment: coordinates, movement and scales. Edition 1.2. IEC International Standard Geneve: International Electrotechnical Comission, [23] Low DA et al. A technique for the quantitative evaluation of dose distributions. Medical Physics 1998; 25(5): [24] Low DA, Dempsey JF. Evaluation of the gamma dose distribution comparison method. Medical Physics 2003; 30(9): [25] Depuydt T, Van Esch A, Huyskens DP. A quantitative evaluation of IMRT dose distributions: refinement and clinical assessment of the gamma evaluation. Radiotherapy and Oncology 2002; 62(3): [26] Full width at half maximum. Full _width_at_half_maximum&oldid= ( ) [27] MatriXX evolution system: The solution for rotational treatment QA. Schwarzenbruck: IBA dosimetry, ( ) [28] ISP introduces new generation film, GAFCHROMIC EBT2 self-developing film for radiotherapy dosimetry. Wayne, NJ: International Specialty Products, P-Introduces-New-Generation-Film- 0001?VNETCOOKIE=NOikke ( ) 56

12

13

14

15 StrålevernRapport 2009:1 Virksomhetsplan 2009 StrålevernRapport 2009:2 Røntgendiagnostikk blant norske tannleger StrålevernRapport 2009:3 Analyse av variasjon i representative doser ved CT-undersøkelser StrålevernRapport 2009:4 Årsrapport fra persondosimetritjenesten ved Statens strålevern 2007 StrålevernRapport 2009:5 Teknisk kvalitetskontroll - konstanskontroller for digitale mammografisystemer StrålevernRapport 2009:6 Konsekvenser for Norge ved en tenkt ulykke ved Sellafield-anlegget StrålevernRapport 2009:7 Consequences in Norway of a hypothetical accident at Sellafield StrålevernRapport 2009:8 Erfaringsbasert kunnskap i norsk atomberedskap medvirkning fra berørte parter StrålevernRapport 2009:9 Radiokromisk film for karakterisering av strålefelt StrålevernRapport 2009:10 Dosimetrikontroll med radiokromisk film ISSN