FFFビームにおけるデータ取得の留意点

(1)

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

(2)

[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)

(3)

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)

(4)

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

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)

Review article

1) 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

4) FFFビームの計測方法

内

容

路先案内人として利用させていただいた論文

(5)

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

◉

(6)

• 検出器の大きさによる体積平均効果

検出器が大きいと体積平均効果が大きくなる

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

基本的事項：線量計の体積平均効果

(7)

基本的事項：線量計の体積平均効果

0 20 40 60 80 100 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 Rel at iv e D os e ( % )

Off axis distance (mm)

depth 26 mm Field 100 mm CC01 CC04 CC13 30013 SFD AAA 検出器直径、幅 (mm) CC01 2 CC04 4 CC13 6 30013 6.1 SFD 0.06 AAA TPSのプロフィル岩手RT研究会の提供資料

検出器幅、直径の

小さい検出器が

望ましい

(8)

FFとFFFビームのプロファイル

10 MV FF

10 MV FFF

FF

ビームと比較し、

FFF

ビームでは中心軸にピーク

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

TrueBeam SFD [2]Chang等(2012)報告

(9)

FFFビームのプロファイル

6 MV FFF

10 MV FFF

FFF

は高エネルギーになるとプロファイルが急峻

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

TrueBeam SFD [2]Chang等(2012)報告

(10)

ペナンブラ

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°

crossplane

5.03

5.53

3.70

4.83 inplane

5.88

6.70

4.70

5.30 90°

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

[2]Chang等(2012)報告

(11)

6 MV, 1.5 cm (dmax) 15 MV, 2.8 cm (dmax)

Diagonal profile

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

TrueBeam Clinac 2100 Trilogy

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

TrueBeam

の厚いプライマリーコリメータによる影響と言及

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

[3]Beyer(2013)の報告 CC13 0.125cm3 ion chamber FFビーム

(12)

TrueBeam Clinac 2100 Trilogy

Diff. Clinac to TrueBeam Diff. Trilogy to TrueBeam

[3]Beyerの報告 CC13 0.125cm3 ion chamber 15 MV, 40×40 cm2_, 10 cm, FFビーム Re la tiv e Dos e[ %] Re la tiv e Di ffe re nc e[ %] 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

プロファイル

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加速器間でのプロファイル_{中心軸がずれている恐れ} 測定方法の具体的な言及がない

(13)

プロファイル勾配分析法

51 51 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

5 mm のズレ

ズレの検出が簡便で正確

(14)

正方形照射野でのSc

正方形照射野における

6 MV,18 MVのS

_c

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/cm2

(15)

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/cm2 upper jaw : Y lower jaw : X

・

S

c

の変動に与える影響は、

上絞りによるものが大きい

矩形照射野における

6 MV,18 MVの

S

_c

矩形照射野でのSc

[4]Zhu等(2006)報告

(16)

OPF

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

15 MV, 95 cm SAD 6 MV, 95 cm SAD TrueBeam Clinac 2100 Trilogy [3]Beyer(2013)の報告

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

FFビーム

(17)

antibackscatter filter

について

・

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

FF

Upper jaw Upper jaw Lower jaw

Monitor chamber

antibackscatter filter →

(18)

OPF

FF

と

FFFのScp

使用機器:Clinac 21EX (Varian)

SSD:100 cm,照射野サイズ10×10 cm2_{,最大線量深}

測定器:PPC40 parallel plate ionization chamber RK chambers

6 MV,18 MVのFF,FFFビームにおけるS

cp

・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

S

cpの

差の大きさはさらに

広がると予想

[5]Vassiliev等(2012)報告

(19)

OPF

非対称絞りの

Sc

upper jaw : Y lower jaw : X

Asymmetric collimatorsによるSc ( in-air )

A B

D C

使用機器:Clinac 2100 (Varian),測定器:PR-05P chamber (in-air)

：対称照射野

・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

Y2

X2

X1

Y1

r r [cm] Sc 対称照射野との比 A 0 1.000 1.000 B 5 0.999 0.999 C 5 1.003 1.003 D 5 0.999 0.999 B 10 1.025 0.998 C 10 1.029 1.002 D 10 1.025 0.999 10×10 20×20 Field [cm] [6]Cadman(1995)報告

(20)

6 MV PDD

FF

、

FFF

における

ビームハードニングの有無

6 MV FFF

の

低エネルギー側へのシフト

・Clinac 21EX ・PPC40 Plane-parallel chamber ・10×10 cm2 ・4 MV：BJR 25報告

6 MV FF 6 MV FFF

Effective

energy[MeV]

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 TrueBeam PTW TN30013 field size：2.1×2.1 cm2 ・測定系：空気中

6 MV実効エネルギー(FF、FFF)

実効エネルギーは

FFF

で小さい

PDD

・4 MV：BJR 25報告・測定系：媒質中

(21)

各照射野サイズにおける

d

_max

の変化

PDD

・Clinac 21EX ・PPC40 Plane-parallel chamber

照射野サイズにおける

d

max

の変化

FF>FFF

FF ：

照射野サイズ大

→散乱線増加→

d

_max

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

(22)

イオン再結合補正係数

6 MV

10 MV

FF

FFF

FF

FFF

cGy/pulse

0.03

0.08

0.03

0.13 Mean P

ion

1.003

1.006

1.003

1.010

パルスあたりの線量(Varian) イオン再結合補正係数

パルスあたりの線量依存

depth：10 cm field size：10×10 cm2 SSD：100 cm TrueBeam

Exradin A-12 chamber(Farmer-type ion chamber)

[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



FFFを用いることによる

パルスあたりの線量増加

 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

 パルスあたりの線量に依存

深さにおいては

どのような変化か

(23)

6 MV FFF

10 MV FFF

Ion chamber

10 cm

d

max

10 cm

d

max

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 電離箱の種類における依存



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

P

ion

の測定が必要

TrueBeam

Farmer-type ion chamber field size：10×10 cm

2

SAD：100 cm

[8]Kry等(2012)報告

(24)

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 電離箱のタイプにおける依存

 P

ion

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

Farmer chamber(0.6 cc)：PTW 30013 PinPoint chamber(0.015 cc)：PTW 31006 Plane-parallel chamber(0.02 cc)：PTW 23342 TrueBeam depth：10 cm field size：10×10 cm2 SAD：100 cm [9]Wang等(2012)報告

イオン再結合補正係数

(25)

イオン再結合補正係数

• Kry

らと

Wang

らの報告による相違

–

Wang

らの報告

FF

と

FFF

間の

P

_ion

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

P

_ion

の変化を考慮する必要がある

→

d

max

と

10 cm

での測定

深さによるイオン再結合の考慮

[8]Kry等(2012)報告 [9]Wang等(2012)報告

(26)

FFFにおける深さによる

P

ion

の変化(40×40 cm

2

)

・TrueBeam

・CC13 compact ion chamber ・Wellhofer水ファントム

10 MV FFF

の方が

P

ion

の変化は大きい

深部に関して適切な

補正の考慮

1 1.005 1.01 1.015 1.02 1.025 0 5 10 15 20 25 30 35 40 io n rec om bi na tio n c or rec tio n fa ct or depth[cm] 6 MV FFF 10 MV FFF [2]Chang等(2012)報告

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

対象論文について

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

1) 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

4) FFFビームの計測方法

内

容

基本知識：プロファイル

ペナンブラ

と

jaw

inplane

crossplane

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

◉

• 検出器の大きさによる体積平均効果

検出器が大きいと体積平均効果が大きくなる

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

基本的事項：線量計の体積平均効果

基本的事項：線量計の体積平均効果

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

FF

ビームと比較し、

FFF

ビームでは中心軸にピーク

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

FFFビームのプロファイル

6 MV FFF

10 MV FFF

FFF

は高エネルギーになるとプロファイルが急峻

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

ペナンブラ

Field size

10×10 cm

5×5 cm

Energy

6 MV FF

10 MV FF

6 MV FFF

10 MV FFF

0°

駒澤大学保科・佐藤研究室

加速管方向のプロファイルを

crossplane 、その直交方向のプロ

角度 0° の場合 inplane は上絞り、

90° 回転させるとペナンブラは

_{5×5 cm}

_Energy

_{6 MV FF}

_{10 MV FF}

_{6 MV FFF}

_{10 MV FFF}

_c