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K. Presich:
"Clinical Implementation of Volumetric Modulated Arc Therapy using MV Flat Panels as Quality Assurance System for Dosimetric Verification";
Betreuer/in(nen): G. Badurek, H. Deutschmann; Atominstitut und Univ. Klinik für Radiotherapie und Radio-Onkologie, Salzburg, 2014; Abschlussprüfung: 05.06.2014.

Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT) ist eine relativ neue Bestrahlungstechnik im Bereich der Tumortherapie. Verglichen mit bisherigen Methoden, wie Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT), kommen hier einige zusätzliche Möglichkeiten des medizinischen Linearbeschleunigers zur Anwendung, um eine optimale Bestrahlung des Patienten zu ermöglichen. VMAT liefert eine bessere Dosisverteilung, die eine homogenere Tumorabdeckung ermöglicht und gleichzeitig Risikoorgane idealer schont. Ziel dieser Arbeit ist es, den ersten Schritt der klinischen Implementierung von VMAT durchzuführen. Zu Beginn müssen Parameter, die neu zur Anwendung kommen, definiert werden. Diese sind variable Dosisrate, Bewegung des Multileafkollimatoren und der Gantry während der Bestrahlung. Die Dosisrate kann stufenweise angepasst werden, während die beiden anderen Parameter innerhalb ihrer Limits kontinuierlich verändert werden können. Um zu überprüfen, ob der Linearbeschleuniger die Parameter richtig variiert und koordiniert, so dass die klinisch gewünschte Dosisverteilung erreicht wird, müssen einige präklinische Tests durchgeführt werden. Jeder Test behandelt dabei einen der neuen Parameter und wurde mehrere Male mit unterschiedlichem Dosis-Ouptut durchgeführt, um dessen Einfluss, aber auch den der unterschiedlichen Gantry Rotationsgeschwindigkeiten miteinzubeziehen. Als Detektor für diese Messungen wurde das Flat Panel, oder Electronic Portal Imaging Device (EPID), verwendet, das an jedem medizinischen Linearbeschleuniger angebracht ist. Die Hauptkomponente besteht aus Silizium, daher fällt er in die Kategorie der Halbleiterdetektoren. Das Panel selbst liefert ein Bild aus Grauwerten, das erst mehrere unterschiedliche Korrekturalgorithmen durchlaufen muss, um ein Bild der Dosisverteilung zu liefern. Dies geschieht mit Hilfe der vor kurzem in-house entwickelten Software, die zusätzlich Fehler auf Grund des physikalen Verhaltens des Detektors, aber auch Ausleseartefakte, kompensiert. Die aufgenommenen Bilder stellen entweder die aktuelle Dosisrate oder die Gesamtdosis dar und wurden nachher mit eigens geschriebenen MATLAB Funktionen ausgewertet. Die Auswertungen zeigen korrekte Anwendung der Parameter durch den Linearbeschleuniger. Abweichungen wurden gemessen, diese halten sich aber in einem akzeptablen Rahmen, vor allem wenn man die noch fehlenden Korrekturen des Detektorsignals und die absolute Ungenauigkeit des Gesamtsystems in Betracht zieht. Der nächste Schritt ist die Erstellung von patientenspezifischen VMAT Plänen. Diese werden am Linearbeschleuniger vorerst ohne Patient abgestrahlt, kontinuierliche Messungen werden währenddessen durchgeführt. Zeigen diese Messungen ebenfalls gute Resultate, können die ersten Patienten mit der VMAT Technik bestrahlt werden.

Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT) is a relatively new radiation therapy technique. Compared to the so far used techniques like Intensity Modulated Radiation Therapy (IMRT) additional parameters of the medical linear accelerator are used to achieve a better treatment plan for the patient. VMAT allows better dose escalation in the tumor and reduces dose in critical tissue. The goal of this work is the first step of clinical evaluation of this method to allow the usage of all new possibilities. Primarily new used parameters have to be identified. These parameters include varying dose rate, movement of the multi leaf collimators during irradiation and gantry movement during irradiation. Dose rate could be varied stepwise, MLC speed as well as gantry speed can vary continuously in between their technical boundaries. Tests have to be done in order to evaluate if the machine is capable of varying these characteristics and providing a clinically acceptable interplay and therefore producing the expected dose distribution. Every test focuses on one of the new parameters and has been carried out several times with different output to include different dose exposures and gantry rotation speed. The detector for these measurements has been the flat panel, or electronic portal imaging device (EPID), which is mounted on the medical linear accelerator. They are of semiconductor type, their main element consisting of silicon. Several correction algorithms have to be applied to the original signal to convert the raw image to a dose distribution which can be analyzed. This is done using a recently in-house developed software plug-in which additionally compensates for the physical behavior of the detector and errors arising from the measurement process. Resulting images show either dose rate or dose. They have been analyzed using MATLAB functions written in the course of this project. The test images show correct behavior of the linear accelerator. Deviations have been found but are in a clinically acceptable range taking into account the still missing correction factors of the flat panel detector and inaccuracy of the over all equipment. The next step is to create VMAT test plans based on patient geometries and carry out measurements without a patient. If these tests show good results, first patients can be treated with this technique.

Strahlentherapie / Halbleiterdetektor / Qualitätskontrolle; radiation therapy /semiconductor detector / quality control