LINAC Machine Quality Assurance for Volumetric Modulated Arc Therapy

Abstract

본 연구에서 현재 세기조절방사선치료(IMRT) 기반 의료용 선형가속기 장비 품질관리의 단점을 극복하고자 체적변조회전치료(VMAT)에 기반한 새로운 품질관리를 제안하였다. American Association of Physicists in Medicine (AAPM) TG 142 보고서는 장비품질관리(QA)에 가장 널리 사용되는 지침서이다. 이 보고서에서 제안하는 MLC에 대한 품질관리 항목들은 IMRT 치료와 관련된 것이며 VMAT치료의 경우에 MLC 오차를 검증하기에는 충분하지 않다. 이는 VMAT이 IMRT와 다른 빔변조 기법을 사용하기 때문이다. International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) 보고서 83, European Society for Radiotherapy and Oncology (ESTRO) 소책자 9, Institute of Physics and Engineering in Medicine (IPEM) 보고서 81 (제 2 판) 등과 같은 다른 LINAC 장비 QA 보증 지침에서 권장하는 장비 QA 보증은 AAPM TG 142 보고서의 QA 보증과 비슷합니다. 또한 월간 점검항목인 MLC QA로는 매일의 치료에 대한 선량오차를 점검하는 데 한계가 있다. 현재 VMAT 치료계획의 경우에 치료계획 QA는 첫번째 치료전에 한번 수행된다. 매일 치료전에 QA를 실시하는 것이 이상적이지만, 이것은 비현실적이며 업무를 과중시키는 단점이 있다. 우리는 본 연구를 통해서 실제 VMAT 치료의 경우에 전 치료기간에 걸쳐 QA를 실시함으로서 매일 치료결과들이 어떻게 변하는 지 살펴보았고, 단기간 중기간에 걸쳐 VMAT 치료에 대한 치료기의 성능을 어떻게 평가할 수 있는 지를 조사하였고, 또한 VMAT의 전호(full arc)를 여러 개의 구성 호(arc)로 나누어서 각각의 회전각이 전체 선량오차에 어떠한 영향을 미치는지도 평가하여 보았다. 이러한 연구들을 바탕으로, VMAT 전용 의료용선형가속기의 품질관리를 위한 치료계획을 개발하였다. 우리는 이를 “pcsr(plan-class specific reference) QA plan”이라 명명하였다. 이 치료계획은 인체를 다섯 개의 해부학적 구조로 나누고 각 부위에 대표적인 VMAT 치료계획을 하나씩 선정하여 인체팬톰에서 실제 치료계획과 동일하게 구현하였다. 이렇게 구현된 5개의 pcsr QA plan들을 사용하여 치료기의 VMAT QA를 시험하였다. 전술한 바와 같이, VMAT 치료에 대한 QA는 치료 전 한번만 수행되고, 현 IMRT관련 QA도 월간점검으로서 한 달에 한 번만 수행되지만, 본 연구에서 개발된 pcsr QA를 일상적 장비 QA로 사용하면 VMAT 치료에 대한 장비의 매일의 구현 성능을 점검하는 데 매우 유용할 것이라고 사료된다.; In this research, we developed new LINAC machine quality assurance (QA), which is based on volumetric modulated arc therapy (VMAT). The new machine QA overcomes the shortcomings of current intensity modulated radiation therapy (IMRT) based LINAC machine QA. American Association of Physicists in Medicine (AAPM) task group (TG) 142 report is one of the most used LINAC machine QA guidelines. This report suggested periodic QA of multileaf collimator (MLC) of LINACs that are used for IMRT delivery, because IMRT modulates only MLC movement for beam modulation. However, VMAT modulates beam by simultaneous modulation of MLC movement, gantry movement and dose rate. Machine QA as recommended in other LINAC machine QA guidelines like International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU) report 83, European Society for Radiotherapy and Oncology (ESTRO) booklet 9, Institute of Physics and Engineering in Medicine (IPEM) report 81 (2nd edition) etc. are similar to that in AAPM TG 142 report. Also, in current clinical practice, plan QA for any VMAT treatment plan is performed once before the first treatment session. Such plan QA leaves a chance of missing VMAT delivery error in any VMAT treatment session of the full course of treatment. Though it is ideal to perform plan QA before every treatment day, this is unrealistic because of unbearable workload. Therefore, new machine QA is needed for LINACs such that it can evaluate the LINAC performance in delivering VMAT and it can supplement the requirement of daily plan QA. In this research, we investigated, how to evaluate the short and medium term performance of the medical LINAC in delivering real VMAT treatment plans and how daily treatment results are changed by performing QA over the entire treatment period in the case of actual VMAT treatment. Also, the effect of gantry rotation angle on the overall dose difference was evaluated from segmented delivery of full arcs of the VMAT. Based on result of these studies, we developed a treatment plan for QA of medical linear accelerators, dedicated to VMAT delivery. We named this as plan-class specific reference (pcsr) QA plan. We divided the human body into five anatomical sites that define VMAT plan classes and we selected one real VMAT treatment plan per plan class to adopt VMAT plan in computational human phantom such that it can be used as representative VMAT treatment plan to surrogate the actual treatment plans of the plan class. These five pcsr QA plans was found effective for VMAT QA of the treatment unit. The QA, developed in this research is planned to be used for routine machine QA, while the current IMRT-related QA is performed only once a month as a monthly and the VMAT plan QA is performed only once before the treatment, and. Thus, pcsr QA would be useful to check the daily performance of the LINAC in implementing VMAT plans of different plan class. In this research, we introduced a LINAC machine QA for VMAT. This is the first attempt of this research and some quality management contents have not been done in depth. If in the near future, pcsr QA would be dealt in more detail, we think that the optimal machine quality assurance for VMAT can be achieved.