Inclusie van de behandelingstafel (en hulpstukken) in de dosisreconstructie bij EPID dosimetrie.

Transcriptie

1 Faculteit Geneeskunde en Gezondheidswetenschappen 2 e jaar Master Biomedische Wetenschappen Inclusie van de behandelingstafel (en hulpstukken) in de dosisreconstructie bij EPID dosimetrie. Kelly DEWINTER Verhandeling ingediend tot het verkrijgen van de graad van Master in de Biomedische Wetenschappen Promotor: Prof. Dr. Ir. C. De Wagter Vakgroep: Radiotherapie en Experimenteel Kankeronderzoek Academiejaar

2

3 Faculteit Geneeskunde en Gezondheidswetenschappen 2 e jaar Master Biomedische Wetenschappen Inclusie van de behandelingstafel (en hulpstukken) in de dosisreconstructie bij EPID dosimetrie. Kelly DEWINTER Verhandeling ingediend tot het verkrijgen van de graad van Master in de Biomedische Wetenschappen Promotor: Prof. Dr. Ir. C. De Wagter Vakgroep: Radiotherapie en Experimenteel Kankeronderzoek Academiejaar

4 Voorwoord Na drie jaren studeren in de bachelor en na twee jaren van interessant onderzoek tijdens de masteropleiding ben ik blij dat ik deze vijf mooie jaren kan afronden met een dankwoord aan de personen die hebben bijgedragen tot het slagen van dit proces. In eerste plaats wil ik graag mijn promotor Prof. Dr. Ir. Carlos De Wagter bedanken om mij de mogelijkheid te geven om te werken rond dit interessant en klinisch relevant thema door het aanbrengen van dit onderwerp. Ik wil hem bedanken voor zijn goede raad, zijn blijvend luisterend oor en hulp tijdens de vele hindernissen gedurende dit twee jaar durende proces. Ik wil ook mijn begeleidster Ir. Nina De Kerpel bedanken die mij gedurende de onderzoeksstage en een groot deel van de masterproef heeft bijgestaan met raad en daad, voor de goede begeleiding en de vele tijd die zij in mij heeft geïnvesteerd. Alsook voor haar gouden tips tijdens het schrijfproces. Ik wil MSc. Luiza Olteanu bedanken voor het aanleren van het stralen van calibratievelden. Ik zou graag mijn medestudenten alsook mijn vrienden Joyca, Laurie en Tim willen bedanken voor de toffe babbels, goede raad en steun tijdens de laatste jaren van onze schoolcarrière. Als laatste wil ik graag mijn ouders, schoonouders, zus en vriend bedanken voor de goede steun en het luisterend oor tijdens het volledige verloop van mijn studies. Ook mijn oma wil ik van harte bedanken voor alle steun en goede zorgen, dit niet alleen tijdens de laatste jaren van mijn studies maar tijdens het volledige verloop van mijn academische opleiding. Kelly Dewinter, 9 mei 2016.

5 Inhoudstabel Samenvatting... 1 Summary Inleiding Kanker Radiotherapie Immobilisatie bij radiotherapie Beeldsturing van radiotherapie Kwaliteitscontrole: EPID Dosimetrie Doelstelling van het onderzoek Materialen en methoden Scannen van het hoofdfantoom en de hulpstukken Planningssysteem: Pinnacle Dosimetrie systeem: Dosimetry Check Bestraling: Synergy Verwerking van de metingen: Dosimetry Check Aanpassen van de densiteiten van de hulpstukken Verwerking resultaten Excel SPSS Resultaten Berekening isodoselijnen: Pinnacle (planningssysteem) Steun 3 blok 20 mm: densiteit hulpstukken: 0 g/cm 3 versus g/cm Steun 3 wedge 9: densiteit hulpstukken: 0 g/cm 3 versus g/cm Pretreatment analyses Densiteit van de hulpstukken in Pinnacle en Dosimetry Check: 0 g/cm Densiteit van de hulpstukken in Pinnacle: g/cm

6 3.3. Transit analyse Bespreking Invloed van de immobilisatiehulpstukken Inclusie van de behandelingstafel en hulpstukken in de dosisreconstructie Transit analyse Besluit Referenties... 50

7 Afkortingenlijst 2D 3D CBCT CC cgy cm CT CTV DC DICOM DTA EPID Fig GTV GVH Gy HU IMRT kv mm MU MV NTCP PTV RMU TCP tweedimensionaal driedimensionaal cone beam computed tomography collapsed cone centigray centimeter computed tomography clinical tumor volume dosimetry check digital imaging and communication in medicine distance to agreement electronic portal imaging device figuur gross tumor volume gamma-volume-histogram gray hounsfield units intensiteitsgemoduleerde radiotherapie kilovolt millimeter monitor unit megavolt normal tissue complication probability planning tumor volume relatieve monitor unit tumor controle probability

8 Samenvatting Radiotherapie is een effectieve behandeling voor ondermeer hoofd- en halskanker. Ter bevordering van de immobilisatie en reproduceerbaarheid van de houding van de patiënt tijdens het uitvoeren van gefractioneerde externe radiotherapie maakt men gebruik van verschillende hulpstukken. Deze hulpstukken zijn vervaardigd uit materialen met een lage densiteit. Tot op de dag van vandaag wordt geen rekening gehouden met de densiteit van deze hulpstukken, welke een invloed zou kunnen uitoefenen op de toediening van dosis aan de patiënt. Met behulp van EPID dosimetrie worden aan de hand van pretreatment en transit metingen dosisreconstructies uitgevoerd. Met behulp van deze metingen wordt, naast verschillende visuele evaluatiemogelijkheden, een gamma-analyse uitgevoerd waarbij men een vergelijking maakt tussen geplande dosis door het planningssysteem en gereconstrueerde dosis op basis van de EPID-metingen. Aan de hand van deze resultaten zal worden bepaald of (1) het gebruik van diverse hulpstukken een invloed heeft op de toediening van een welbepaalde dosis aan een hoofdfantoom en (2) of door de inclusie van een model van de hulpstukken bij de dosisreconstructie de analyses verbeterd worden. Uit de bekomen resultaten kan men besluiten dat de immobilisatiehulpstukken een invloed uitoefenen in bepaalde omstandigheden. Zo zullen deze bijvoorbeeld enkel een invloed hebben indien ze in de stralingsbundel gelegen zijn. Implementatie van een model van de gebruikte hulpstukken in het planningssysteem en bij de dosisreconstructie leidde tot een verbetering van de resultaten van de analyses. De bekomen pretreatment resultaten waren echt nog niet optimaal genoeg om met voldoende vertrouwen de tegenvallende resultaten van de transit analyses te verklaren. Verder onderzoek naar de onderliggende oorzaak was noodzakelijk. Dit leidde tot de hypothese dat de aanwezigheid van een luchtvolume bij de planning en dosisreconstructie de mogelijke oorzaak kan zijn voor de minder goede resultaten. Men kan dus besluiten dat inclusie van een model van de hulpstukken essentieel is. Integratie tijdens de planning is nodig om nauwkeurig dosis te kunnen toedienen aan de patiënt bij het toepassen van externe radiotherapie. Het is aangewezen dat de homogeniteit van de dosisdistributie binnen een bepaald doelvolume binnen +7% en -5 % van de voorgeschreven dosis blijft. Bij de dosisreconstructie is de integratie van een model enkel belangrijk om de kwaliteitscontrole binnen nauwere grenzen uit te voeren. In de toekomst is meer onderzoek noodzakelijk naar de invloed van lucht tussen de hulpstukken en de patiënt bij zowel de planning als bij de dosisreconstructie door het niet volledig intekenen van de hoofdsteun. 1

9 Summary Radiotherapy is an effective treatment for head and neck cancer. Several immobilisation systems are used during therapy to fixate patients into a reproductive treatment position. The presence of these devices in the radiation beam can cause modifications to the dose administered to the patient. The aim of this study was to determine the effect of the presence of these devices and whether or not implementation of a model is necessary during treatment planning and dose reconstruction. Pre-treatment and treatment measurements were obtained using an electronic portal imaging device during irradiation. The Dosimetry Check software was used to compare dose distributions planned with the treatment planning software Pinnacle to reconstructed dose distributions based on the EPID-measurements. Results showed that the use of immobilisation devices has an influence on dose distributions within the patient. Implementation of a model of these devices during the treatment planning and dose reconstruction lead to an improvement of the results. The pre-treatment results weren t satisfying enough to explain the obtained transit results. Further investigation into the underlying cause was necessary. This lead to a hypothesis based on the presence of the air gap during treatment planning and dose reconstruction. Implementation of a model of the devices during treatment planning is essential to obtain an accurate dose. Integration during dose reconstruction is necessary to obtain a more precise quality control. In order to optimise the implemented model in the future, further research about the influence of the induced air gap on the used calculation algorithms is definitely necessary. 2

10 1. Inleiding 1.1. Kanker Kanker is globaal gezien een van de belangrijkste oorzaken van morbiditeit en mortaliteit bij het humane ras. Wereldwijd wordt het jaarlijks aantal kankergevallen geschat op 12.7 miljoen en het jaarlijks aantal doden als gevolg van deze ziekte op ongeveer 7.6 miljoen. In de toekomst verwacht men dat deze aantallen zullen toenemen, voornamelijk door veroudering en groei van de wereldbevolking. Ook het aannemen van kanker-geassocieerde levensstijltrends zoals roken, fysieke inactiviteit en westerse diëten speelt een belangrijke rol [1]. Kanker is een multigenische en multicellulaire ziekte waarbij dynamische veranderingen in het genoom betrokken zijn. Deze veranderingen zorgen voor de productie van enerzijds oncogenen met een dominante gain-of-function, anderzijds voor tumor suppresorgenen met een recessieve loss-of-function. De aandoening kan ontstaan vanuit elk celtype of orgaan en wordt voornamelijk getypeerd door volgende kenmerken: verwerven van ongevoeligheid voor groei-inhibitoren, ontwijken van apoptose, angiogenese, ongelimiteerde celdelingscapaciteit, weefselinvasie en metastase (Zie figuur 1) [2, 3]. Fig. 1: Voornaamste eigenschappen van kankercellen [2]. Door de geboekte vooruitgang op gebied van vroegtijdige detectie en innovatieve behandelingstechnieken zoals radiotherapie, kan men verschillende types kanker echter curatief behandelen. Samen met chirurgie en chemotherapie maakt radiotherapie deel uit van de eerstelijnsbehandelingen van kanker. Ongeveer 50 % van alle behandelbare kankerpatiënten krijgen radiotherapie gedurende het verloop van hun ziekte [3] Radiotherapie Radiatie is een fysisch middel dat men kan gebruiken om kankercellen uit te schakelen. Bij externe radiotherapie gaat men de patiënt van buitenaf bestralen met een stralingsbundel met ioniserende stralen. Naast de voornamelijk gebruikte gammastralen en MV X-stralen, kan men ook gebruik maken van protonen- en elektronenstralen. MV X-stralen en gammastralen zijn 3

11 elektromagnetische golven en bestaan uit massaloze energiedeeltjes, fotonen genaamd. Dit type straling heeft een indirect ioniserend effect. Bij bestraling van materie of weefsel zal eerst een overdracht van energie van de elektromagnetische golven op de omliggende elektronen plaatsvinden. De snelle geladen deeltjes die ontstaan, zullen nadien rechtstreekse interacties aangaan met het omliggend absorberend weefsel. De geladen deeltjes zorgen aldus voor een opstapeling van ionisaties in de cellen of het weefsel. Deze opstapeling van ionisaties zal uiteindelijk via inductie van verschillende mechanismen celdood veroorzaken. Deze mechanismen bestaan onder andere uit: autofagie, necrose, senescentie, mitotische catastrofe en apoptose, waarbij deze laatste twee de belangrijkste zijn [3, 4]. Radiotherapie kan voor verschillende doeleinden gebruikt worden. Het kan zowel toegepast worden met de intentie tot genezing of als palliatieve behandeling voor het verlichten van pijn en andere symptomen bij terminaal zieke patiënten. Vaak wordt gebruik gemaakt van een gecombineerde strategie waarbij men radiotherapie samen met andere behandelingsmogelijkheden zoals chemotherapie, chirurgie of immunotherapie gaat toepassen. Tijdens het behandelingsproces kan men op meerdere momenten met radiotherapie van start gaan. Men kan de tumor bestralen alvorens het toepassen van chirurgie met de intentie deze te verkleinen (neo-adjuvante therapie) of men kan het weefsel bestralen na chirurgisch verwijderen van de tumor om residuele kankercellen te verwijderen (adjuvante therapie). Het doel van radiotherapie is sterilisatie van kankercellen waarbij de mogelijkheid tot celdeling wordt ingeperkt. Stralingsgeïnduceerde schade leidt tot een punt waar geen herstel van de cel meer kan optreden zodat deze stopt met delen en afsterft. De eerste kankercellen zullen pas afsterven na uren, dagen of weken van behandeling. Dit effect kan zich nog tot weken na de behandeling manifesteren [3]. Ioniserende stralen beschadigen echter niet enkel tumorweefsel, maar eveneens naburig gezond weefsel. In tegenstelling tot normale cellen, zijn kankercellen in het algemeen minder efficiënt in het herstellen van stralingsgeïnduceerde schade. Als therapeutisch resultaat beoogt men een maximale tumor control probability (TCP) en een zo laag mogelijke normal tissue complication probability (NTCP): een zo goed mogelijke eliminatie van de tumorcellen met minimale schade aan de gezonde cellen [5]. Om het overlevingsvoordeel van de normale cellen ten opzichte van de kankercellen nog meer te versterken, zal men de totale stralingsdosis in meerdere fracties toedienen. Deze manier van werken is grotendeels gebaseerd op het feit dat normale cellen beter in staat zijn om sublethale schade te herstellen. Normale cellen prolifereren 4

12 trager in vergelijking met de snel prolifererende kankercellen en hebben daardoor meer tijd voor het herstel van schade alvorens ze repliceren [3, 5]. Intensiteitgemoduleerde radiotherapie (IMRT) is een geavanceerde manier van 3Dbehandelingsplannen en conformele therapie. Bij conformele radiotherapie worden de vorm, grootte en energie van de stralingsbundels aangepast in functie van de locatie en de vorm van het doelvolume. IMRT is een vorm van externe radiotherapie waarbij één stralingsbundel wordt opgedeeld in meerdere kleine bundelsegmenten met een verschillende intensiteit, zodat de totale bestralingsintensiteit op verschillende plaatsen in de stralingsbundel kan variëren. Deze aanpak optimaliseert de toediening van straling aan onregelmatig gevormde tumorvolumes en zorgt ervoor dat de plaats met de meeste tumorcellen, Gross Tumor Volume (GTV), de hoogste dosis krijgt toegediend (Zie figuur 2). Het toepassen van IMRT laat een grotere sparing toe van normale structuren zoals speekselklieren, faryngale constrictorspieren, belangrijk bij het behandelen van patiënten met hoofd- en halskanker. Dit resulteert bijkomend in een betere levenskwaliteit van de patiënt na de behandeling [5, 6]. Fig. 2: 3D conformele radiotherapie (links) vs. IMRT (rechts): verschil in grootte van veld met hoge toegediende dosis (geel), gelijk volume van toegediende dosis aan doelvolume (rood) [7] Immobilisatie bij radiotherapie Bij het toepassen van radiotherapie kan er stralingsdosis terecht komen op een ongewenste plaats. De voornaamste oorzaken hiervan zijn foutieve positionering en beweging van de patiënt tijdens de behandeling. Als gevolg hiervan kunnen onaangename, onomkeerbare bijwerkingen optreden zoals: verkleuring van de huid, verminderde aanmaak van speeksel, fibrose van huiden/of spierweefsel en zal de dosis in de Planned Target Volume (PTV) minder accumuleren naar de voorgeschreven dosis. Om dit te vermijden immobiliseert men de patiënt op de behandelingstafel door gebruik te maken van diverse hulpstukken [8]. 5

13 Zo zal men bij de behandeling van hoofd- en halskanker gebruik maken van hoofdsteuntjes en/of op maat gemaakte gezichtsmaskers gemaakt uit thermoplast die men vastmaakt op de behandelingstafel. Deze hulpstukken worden vervaardigd uit diverse materialen zoals: carbonvezel, polycarbonaat, hoge druk laminaat, carbonvezel laminaat, polyethyleen [9-11]. Men tracht zoveel mogelijk gebruik te maken van patiëntspecifieke hoofdsteunen en gezichtsmaskers uit thermoplast (Zie Figuur 3). Deze maken het mogelijk dat de patiënt een comfortabelere houding kan aannemen, waardoor de patiënt nog minder de neiging zal hebben om te bewegen en minder stress zal ondervinden tijdens de behandeling [8]. Bij het toepassen van gefractioneerde radiotherapie zorgt deze immobilisatie ervoor dat de patiënt bij elke behandeling steeds dezelfde houding aanneemt, waardoor de dosisverdeling effectief in de patiënt wordt geleverd zoals gepland met hogere dosissen aan het doelvolume (tumor) en met betere sparing van het omliggend gezond weefsel [9, 11]. Fig. 3: Patiëntspecifiek thermoplast-gezichtsmasker in combinatie met hoofdsteun [5]. Het gebruik van deze hulpstukken brengt echter ook nadelen met zich mee. Zo kunnen deze wanneer ze zich in het bestralingsveld bevinden de bundel attenueren, de huiddosis verhogen door afname van de dosisbuild-up en aldus de toegediende dosis aan de patiënt beïnvloeden. De invloed van de hulpstukken hangt volledig af van de relatieve plaats van de hulpstukken ten opzichte van de intredende bundels. Men vermoedt dat dit zich bij een hoofdsteun en de bevestigingsplaat enkel voordoet bij laterale bundels en bundels die onder de behandelingstafel zijn georiënteerd. Indien de aanwezigheid van de hulpstukken de dosis duidelijk beïnvloedt, is het opportuun om deze in rekening te brengen in het planningssysteem en/of bij de dosisreconstructie [11]. Het planningssysteem wordt immers gebruikt om aan de hand van verschillende bundelconfiguraties de toe te dienen dosis in de patiënt te voorspellen [12] Beeldsturing van radiotherapie In het verleden werden enkel externe markeringen aangebracht op de huid van de patiënt als referentie voor het positioneren van de patiënt in het isocentrum van de lineaire versneller. Dit 6

14 kan echter leiden tot geometrische fouten omdat de relatie tussen de geplaatste markeringen en het onderliggende Clinical Target Volume (CTV) kan veranderen in functie van de tijd. Bijvoorbeeld door het krimpen van de tumor of door schommelingen in het gewicht van de patiënt. Hierdoor groeide de noodzaak voor een verhoogde geometrische precisie in de toediening van radiotherapie, wat aanleiding heeft gegeven tot de ontwikkeling van geavanceerde beeldvormingssystemen. Externe markeringen worden nog dagelijks gebruikt, maar alleen in combinatie met andere systemen voor het correct positioneren van de patiënt [13]. Een geavanceerd systeem is Cone Beam Computed Tomography (CBCT). CBCT is een beeldvormingstechniek waarbij gebruik wordt gemaakt van de roterende gantry van de versneller waaraan een X-stralenbron en detector bevestigd worden. In tegenstelling tot de dunne, waaiervormige bundel gebruikt bij traditionele Computed Tomography (CT), maakt CBCT gebruik van een kegelvormige kv stralingsbundel die men laat invallen op een detector aan de tegenovergestelde zijde van het in beeld te brengen object. Gedurende de 360 -rotatie rondom de patiënt worden meerdere sequentiële planaire projectiebeelden gegenereerd van de zone die men in beeld wil brengen. Deze reeks planaire projectiebeelden wordt vervolgens omgerekend tot een reeks transversale beelden [14]. Een tweede manier is Portal imaging, hierbij gaat men gebruik maken van de therapeutische X- of gamma-stralenbundel om een beeld te vormen van de regio die tegelijkertijd wordt bestraald [13]. Deze techniek kan men voor verschillende doeleinden toepassen. Bij beeldvorming kan men eveneens portale beelden produceren met een kleine fractie van de behandelingsdosis vooraleer het toedienen van de totale behandelingsdosis. Dit maakt het mogelijk om wijzigingen aan te brengen aan de positie van de patiënt voor de aanvang van de behandeling. Bij beeldvorming met als doel de accuraatheid en precisie van de behandeling zelf te verifiëren worden portale beelden geproduceerd tijdens de bestraling waardoor men kan nagaan hoe goed de behandeling is uitgevoerd [15]. Oorspronkelijk werd portal imaging uitgevoerd met het gebruik van filmcassettes. De verkregen beeldkwaliteit met deze filmcassettes was voldoende om bruikbare informatie te verkrijgen voor de lokalisatie en verificatie modaliteiten. Ondanks het feit dat deze filmcassettes compact zijn en bruikbare beeldinformatie weergeven, gaan ze gepaard met een aantal grote nadelen. Zo moet men de film verwijderen uit de cassette voor het ontwikkelen van de film wat zorgt voor een aanzienlijk tijdsverlies tussen de 7

15 blootstelling aan de straling en het verkrijgen van de informatie. Eveneens zal dit een aanzienlijke tijdsduur toevoegen aan de behandelingstijd van de patiënt. De zwakheden geassocieerd met het gebruik van deze filmcassettes hebben geleid tot de ontwikkeling van Electronic Portal Imaging Devices (EPID). Het was belangrijk dat de aanwezigheid van deze systemen niet interfereerde met de vrijheidsgraden van de gantry en de tafel en dat deze de verpleging niet stoorden tijdens de positionering van de patiënt op de behandelingstafel [15] Kwaliteitscontrole: EPID Dosimetrie Kwaliteitscontrole is een essentieel proces dat ook betrekking heeft op de totale behandelingsketen. Het wordt immers gebruikt om een accurate behandeling aan de patiënt te garanderen. Tijdens dit proces gaat men de therapeutische accuraatheid verifiëren, dit zowel op dosimetrisch als geometrisch vlak. Voor het controleren van een behandeling kan men gebruik maken van de portal imager, het EPID-paneel. Door het uitvoeren van deze controles kunnen mogelijke fouten in het behandelingsplan en in de toediening van de dosis aan het licht komen. Op deze manier kan men deze detecteren en corrigeren, waardoor de kwaliteit van de behandeling wordt verbeterd [12, 15-17]. Bij het uitvoeren van een kwaliteitscontrole kan men verschillende methoden toepassen naargelang het tijdstip waarop deze werden uitgevoerd. Pretreatment of non-transmissie EPID dosimetrie is een methode waarbij men gebruik maakt van EPID-metingen die bekomen zijn zonder de aanwezigheid van een fantoom, patiënt of behandelingstafel tussen de stralingsbron en de detector. Pretreatment dosimetrie is aldus een procedure waarbij de dosis in de patiënt berekend wordt op basis van de opgemeten bundelfluenties geproduceerd door de lineaire versneller buiten de behandelingstijd van de patiënt. Deze beelden zijn nuttig voor het uitvoeren van een kwaliteitscontrole van behandelingsparameters die onafhankelijk zijn van de patiënt en gerelateerd zijn aan dosimetrische en geometrische karakteristieken van de lineaire versneller. Treatment of transit EPID dosimetrie wordt gebruikt voor het ultieme doel van radiotherapieverificatie: het nagaan of de patiënt de correcte dosis kreeg toegediend tijdens de behandeling. Hierbij gaat men gebruik maken van EPID-metingen bekomen met de aanwezigheid van de patiënt tussen de stralingsbron en de detector. Bij transit dosimetrie wordt een vergelijking gemaakt van de geplande dosis door het planningssysteem en de gereconstrueerde dosisdistributies, gebaseerd op metingen verkregen gedurende de behandeling van de patiënt [12]. 8

16 Bij het uitvoeren van EPID dosimetrie kan men voor het toetsen van de dosis gebruik maken van twee strategieën. Deze strategieën verschillen op basis van de plaats waar men de dosis gaat bepalen. Men kan een vergelijking uitvoeren ter hoogte van de detector of men kan gebruik maken van een methode waarbij een dosisdistributie wordt gereconstrueerd op de patiënt-ct of de fantoom-ct gebaseerd op de portale beelden. Deze laatste methode is ingebed in de Dosimetry Check software (Math Resolutions, Columbia, VS) en zal gebruikt worden tijdens het verloop van het onderzoek [12, 18]. Zoals eerder vermeld werden EPIDs oorspronkelijk geïntroduceerd ter vervanging van radiografische films bij de verificatie van de positionering van de patiënt. Het was pas later dat men realiseerde dat deze beelden ook dosisinformatie kunnen bevatten [18]. EPIDs zijn matrixdetectoren geproduceerd voor het meten van energiefluentie, een grootheid waaruit de in de EPID geabsorbeerde dosis kan afgeleid worden, in twee dimensies. Dit paneel wordt bevestigd aan de gantry tegenover de kop van de lineaire versneller, zodat de patiënt tussen de versnellerkop en de EPID komt te liggen (Zie figuur 4) [15]. Fig. 4: Patiënt in behandelingspositie bij EPID dosimetrie [19]. Deze tweedimensionale detectoren bevatten een groot aantal fotodiodes gelegen op een substraat van amorf-silicium. De geattenueerde bundel die nog doorheen de patiënt komt, valt in op de scintillatielaag van het paneel. Dit veroorzaakt lichtflitsen in de scintillator, welke worden opgevangen door de fotodiodes in het paneel. Het aantal X-stralen fotonen dat invalt per oppervlakte-eenheid noemt men de fluentie. Kort samengevat wordt bij het uitvoeren van EPID dosimetrie de toegediende dosis indirect gemeten. Hierbij worden inderdaad de gemeten fluenties gebruikt om terug te rekenen doorheen de patiënt om zo de invallende fluentie te bepalen van waaruit tenslotte de dosis in de patiënt wordt berekend [12, 16]. Dosimetry Check (DC) (Math Resolutions) is een commercieel softwarepakket dat gebruikt wordt als kwaliteitscontrolesysteem voor de verificatie van de behandeling bij de individuele 9

17 patiënt. Met behulp van deze software wordt op basis van EPID-gemeten fluenties dosis gereconstrueerd [20]. DC maakt hiervoor gebruik van de fluentie-signaal relatie van het paneel en een Pencil Beam algoritme. Uiteindelijk wordt de gereconstrueerde dosis vergeleken met de geplande dosis. Hierbij gaat men de door het planningssysteem voorspelde dosis in een specifiek vlak, of punt of verzameling van punten vergelijken met de gereconstrueerde dosis in datzelfde vlak, punt, Als dusdanig verkrijgt men een voorafgaande controle of een controle van het actuele behandelingsplan [16, 12, 21]. Zoals reeds vermeld bracht het vervangen van de oorspronkelijke radiografische films door EPID-panelen enkele voordelen met zich mee: een snelle beeldvorming, groot beeldvormigsvlak, hoge resolutie en digitale weergave. Door het gebruik van een digitaal formaat wordt het mogelijk om deze beelden bij later gebruik snel en gemakkelijk terug op te vragen. De digitalisering heeft ook een positief effect op archivering. De dag van vandaag is het meest voorkomende type de amorf-silicium EPID of ook wel flatpanel imager genoemd. Dit type EPID brengt bijkomende nadelen met zich mee, namelijk de ghosting effecten. Deze effecten bestaan uit twee componenten: enerzijds ontstaat er image lag en anderzijds ontstaat er afterglow van het fosfor-scherm. Deze laatste component is te wijten aan het vertraagd karakter van luminescentie die ontstaat bij de absorptie van een X-straal. Image lag is een fenomeen dat verwijst naar een vertraging van het signaal. Dit zorgt ervoor dat lading die ontstaat in een bepaalde frame ook wordt uitgelezen in daaropvolgende frames. Hierdoor wordt steeds een waarde toegevoegd aan het oorspronkelijke signaal van de daaropvolgende frames of beelden. Dit fenomeen is afhankelijk van de bestralingstijd en de refresh frequentie. De refresh frequentie is de snelheid waarmee men de frames gaat uitlezen. Een frame is de signaalinhoud van 1 uitlezing van het paneel. Het paneel wordt rij per rij uitgelezen en hierdoor zal er een groter signaal ontstaan dan dat er in werkelijkheid geproduceerd werd [12, 18, 22]. De eigenschappen van, en correcties voor beide componenten zijn reeds onderzocht in voorgaande onderzoeken. Het effect betreffende amorf-silicium dosimetrie werd nog niet gerapporteerd, waar beide componenten van ghosting een invloed hebben op de gemeten respons-dosis relatie [18]. 10

18 1.6. Doelstelling van het onderzoek Fabrikanten van immobilisatiehulpstukken verzekeren het gebruik van materialen met een zeer lage densiteit en de grootst mogelijke transmissie van straling tijdens de behandeling van patiënten. Bij bestraling van patiënten met hoofd- en halskanker draagt een hoofdsteun bij aan de positionering en immobilisatie van de patiënt. Deze hoofdsteun wordt vastgemaakt op een bevestigingsplaat wat verschuiving van de hoofdsteun onmogelijk maakt. Omdat bij IMRT vaak gebruik gemaakt wordt van oblique behandelingsposities kan hierbij een deel van of de volledige intredende stralingsbundel het immobilisatiehulpstuk doorkruisen. Dit zal de toegediende dosis aan de patiënt beïnvloeden [11]. Tot op de dag van vandaag wordt tijdens het opstellen van het behandelingsplan en bij het uitvoeren van de kwaliteitscontrole geen rekening gehouden met de densiteit van deze hulpstukken. Recent onderzoek heeft uitgewezen dat de aanwezigheid van de componenten van het positioneringssysteem belangrijke en klinische relevante verstoringen veroorzaakt [23]. Daarom lijkt het aangewezen om de hulpstukken mee te modelleren met de patiënt in de planningsfase. In een volgende stap lijkt het dan ook logisch om de hulpstukken mee te nemen in de reconstructie van de dosis bij het uitvoeren van een kwaliteitscontrole. Bij Dosimetry Check is er bij transit metingen ook een effect te verwachten bij bundels die bij het uittreden een hulpstuk doorkruisen. Als dit hulpstuk met zijn densiteit niet meegenomen wordt in Dosimetry Check dan zal de bundel bij de reconstructie zwakker zijn dan in de realiteit en zal een te lage dosis gereconstrueerd worden. Bij een pretreatment bestraling zijn de hulpstukken en patiënt niet aanwezig tijdens de metingen. Men gaat de bundel opvangen op het EPID-paneel zoals die wordt uitgezonden door de lineaire versneller. Indien de hulpstukken en de patiënt met hun densiteit niet meegenomen worden in Dosimetry Check dan zal de invallende bundel voor de dosisreconstructie direct afgeleid worden van de EPID-opgemeten bundelintensiteit. Aan de hand van dit onderzoek zal men trachten aan te tonen of het gebruik van hulpstukken een invloed heeft op de toegediende dosis aan de patiënt en of dit een aangepaste strategie vereist bij het opstellen van het behandelingsplan en/of bij het uitvoeren van de kwaliteitscontrole met behulp van EPID dosimetrie. Men kan dan opteren om de hoofdsteun te modelleren in het planningssysteem en deze te includeren in het EPID dosimetriesysteem. 11

19 2. Materialen en methoden In deze sectie worden de gebruikte materialen (toestellen) en methoden grondig besproken die nodig waren voor het uitvoeren van de praktische proeven. Dit heeft als doel de experimenten reproduceerbaar te maken, zodat deze achteraf kunnen herhaald worden door andere wetenschappers. Met behulp van EPID dosimetrie zullen dosisverdelingen gereconstrueerd worden. Voor de reconstructie van een dosisverdeling maakt men gebruik van de uittredende bundelintensiteit opgemeten met het EPID-paneel, CT-beelden van de patiënt en de planconfiguratie. Als surrogaat voor de patiënt wordt bij het uitvoeren van experimenten gebruik gemaakt van een fantoom. Voor het bestuderen van behandelingen van hoofd- en halskanker kan men gebruik maken van een hoofdfantoom, dit is een model van het hoofd van een standaard mens met een homogene en waterequivalente densiteit [24] Scannen van het hoofdfantoom en de hulpstukken Het onderzoek gaat van start met het scannen van het hoofdfantoom (Zie figuur 5). Fig. 5: Voor-, achter-, en zijaanzichten van het experimenteel gebruikte hoofdfantoom. Het fantoom is vervaardigd uit polystyreen en heeft een nominale densiteit van 1.02 g/cm 3. Het fantoom wordt gepositioneerd op de CT-tafel met behulp van twee verschillende combinaties van hoofdsteunen (Zie figuur 6). De eerste combinatie bestaat uit steun 3 (Art. No , Orfit, Wijnegem, België) samen met een balkvormige blok (Art. No , Orfit). Nadien wordt een combinatie gevormd met steun 3 en een wigvormige blok (Art. No , Orfit) [10]. Het eerste deel is steeds vervaardigd uit schuim met een densiteit van 0.03 g/cm 3, het tweede deel is gemaakt uit een steunblok bekleedt met een laagje carbonvezel met een gemiddelde densiteit gelijk aan deze van de behandelingstafel: g/cm 3. Er is dus enkel een verschil in vorm en volume bij de twee combinaties van hoofdsteunen. (Extra figuren zie Bijlage 1) 12

20 Fig. 6: Immobilisatiehulpstukken gebruikt bij radiotherapie van hoofd- en halskanker. Links: Combinatie steun 3 en balkvormige steunblok (Steun3 blok 20 mm). Rechts: Combinatie steun 3 en wigvormige steunblok (Steun3 wedge 9). De CT-beelden worden gemaakt met behulp van een large bore CT-scanner (Toshiba Medical Systems, Zoetermeer, Nederland) van de dienst Radiotherapie-Oncologie van het UZ Gent. Voor het nemen van de scans wordt eerst een bevestigingsplaat (Art. No /1, Orfit) vastgemaakt op de CT-tafel. Deze bevestigingsplaat wordt vastgemaakt aan het uiteinde van de standaard behandelingstafel zodat de stralingsbundel enkel de patiënt, de hoofdsteun en de basisplaat doorstraalt (Zie figuur 7). Fig. 7: Bevestigingsplaat gebruikt bij radiotherapie voor de bevestiging van de hulpstukken. Op deze bevestigingsplaat worden achtereenvolgens de twee verschillende combinaties van hoofdsteunen bevestigd. Beide CT-scans worden zowel gebruikt als basis-input voor het planningssysteem en het kwaliteitscontrolesysteem en als referentie voor het correct positioneren van het hoofdfantoom op de behandelingstafel (bij transit opnames) Planningssysteem: Pinnacle Pinnacle (Philips Healthcare, Best, Nederland) is een planningssoftware die het mogelijk maakt om structuren in te tekenen op de CT-scans en behandelingsplannen op te stellen en de 13

21 uiteindelijke dosisverdeling te berekenen. Het programma bevat verschillende tabbladen: Setup/Contours/Points/Beams/Dose/Eval (Zie figuur 8). Fig. 8: takenbalk Pinnacle: weergave verschillende tabbladen. Bij Setup wordt de CT-Densiteit tafel Clinical Use geselecteerd en wordt een nieuw tafelblad ingesteld op de CT-beelden met als Y-coördinaten (anterior-posterior): De CT-Densiteit tafel is de relatie tussen de Hounsfield Units (HU) en de elektronendensiteit. HU zijn de grijswaarden aanwezig op een CT-scan. Deze zijn afhankelijk van de absorptie van het weergegeven materiaal. HU of CT-nummers worden gebruikt in plaats van de attenuatiecoëfficiënten. De omzetting van HU naar attenuatiecoëfficiënten is nodig om dosis te kunnen berekenen op basis van CT-waarden [25]. Bij dit onderzoek worden onder het tabblad Contours drie verschillende structuren ingetekend: de huidcontour van het fantoom (skin), de steunblok bekleed met een laagje carbonvezel van het neksteuntje (hoofdsteun) en de bevestigingsplaat van Orfit (Zie figuur 9). Het schuimgedeelte van de hoofdsteun wordt niet ingetekend. Deze structuur bevat een zeer lage densiteit en de effecten van dit deel van de hoofdsteun zijn klein ten opzichte van de effecten van de steunblok. Het schuimgedeelte attenueert de bundel met 0.15 %/ cm bij 6 MV en 0.05 %/ cm bij 15 MV. De steunblok attenueert de bundel met 0.6 %/cm bij 6 MV en 0.5 %/cm bij 15 MV [10]. Fig. 9: Pinnacle: weergave ingetekende structuren: fantoom (paars), steunblok van de hoofdsteun (blauw), Orfitbevestigingsplaat (groen). Het schuimgedeelte van de hoofdsteun werd niet ingetekend waardoor dit wordt weergegeven als een luchtvolume (zwart) tussen het fantoom (paars) en de steunblok (blauw). Links: Steun 3 blok 20 mm. Rechts: Steun 3 wedge 9. 14

22 Vervolgens worden onder het tabblad Beams 18 verschillende trials aangemaakt per combinatie van hoofdsteun, dus 36 trials in totaal. Trials zijn plannen die variëren in veldgrootte (collimatie), bundelenergie en gantryhoek (Zie Tabel 1). Tabel 1: Parameters van de verschillende trials. Trial Veldgrootte Energie Gantryhoek 5x5_6MV_0 5x5 cm 2 6 MV 0 5x5_6MV_90 5x5 cm 2 6 MV 90 5x5_6MV_180 5x5 cm 2 6 MV x10_6MV_0 10x10 cm 2 6 MV 0 10x10_6MV_90 10x10 cm 2 6 MV 90 10x10_6MV_180 10x10 cm 2 6 MV x15_6MV_0 15x15 cm 2 6 MV 0 15x15_6MV_90 15x15 cm 2 6 MV 90 15x15_6MV_180 15x15 cm 2 6 MV x5_15MV_0 5x5 cm 2 15 MV 0 5x5_15MV_90 5x5 cm 2 15 MV 90 5x5_15MV_180 5x5 cm 2 15 MV x10_15MV_0 10x10 cm 2 15 MV 0 10x10_15MV_90 10x10 cm 2 15 MV 90 10x10_15MV_180 10x10 cm 2 15 MV x15_15MV_0 15x15 cm 2 15 MV 0 15x15_15MV_90 15x15 cm 2 15 MV 90 15x15_15MV_180 15x15 cm 2 15 MV -180 Voor elk bestralingsplan zal gebruik gemaakt worden van fotonenbundels, deze worden toegediend met de lineaire versneller Synergy 2 (Synergy Infinity, installatiejaar 2011, 6 en 15 MV, MLCi2, ibeam EVO tafel (Elekta), iview GT EPID (Elekta)) van de dienst Radiotherapie-Oncologie van het UZ Gent (Zie figuur 10). Pinnacle maakt voor de 3D dosisberekening gebruik van een Collapsed Cone (CC) Convolution Superposition algoritme. Fig. 10: Lineaire versneller Synergy 2 Dit is een zeer geschikt algoritme voor de berekening van dosis in inhomogene media (zoals de patiënt). Energie vrijstelling in de patiënt is een twee-staps proces. Eerst treedt de primaire bundel de patiënt binnen om vervolgens geladen deeltjes te vormen die energie afgeven aan het omliggend weefsel tot zij hun volledige energie hebben vrijgesteld. Het CC Convolution algoritme neemt zowel het transport van de invallende, primaire fotonen als de secundaire, gescatterde fotonen in rekening. Bij gebruik van dit algoritme wordt de stralingsbundel 15

23 opgedeeld in verschillende kegelvormige structuren. Deze kegelvormige structuren worden geconstrueerd vanuit alle voxels waar primaire fotonen energie afgeven. Alle energie die werd vrijgezet binnen deze structuren wordt ineengeklapt. De kegel wordt samengebracht, collapsed, tot een lijn vanaf het punt waar primaire fotonen energie afgeven onder de vorm van elektronen en verstrooide fotonen [26]. De voorlaatste stap in het programma is het uitvoeren van een density override onder het tabblad Contours. Bij deze stap kan men aan de ingetekende contouren van de hoofdsteun en de bevestigingsplaat een zelfgekozen densiteit toekennen. De toegekende densiteiten zullen variëren gedurende het verloop van het onderzoek. Dit wordt verder besproken onder sectie 2.6. Tenslotte wordt de gewenste dosis ingegeven onder het tabblad Dose. Voor elke trial wordt gekozen voor een prescriptie van 200 Monitor Units (MU) die wordt toegediend in 1 fractie. MU zijn een maat voor de output van een klinische versneller voor radiotherapie. MU worden opgemeten door middel van ionisatiekamers die zijn ingebouwd in de kop van een lineaire versneller en die de dosis toegediend door een stralingsbundel bepaalt. Na het instellen van een dosisberekeningsbox op de CT-beelden, kan de dosisverdeling berekend worden. Men dient er wel op te letten dat de gekozen box voldoende groot is in alle drie de richtingen: cranio-caudaal, links-rechts of lateraal en anterior-posterior of ventraal-dorsaal. Pinnacle maakt voor zijn berekening gebruik van een voxelgrootte van 4x4x4 cm 3. De waarden van de weergeven isodosen bij de dosisverdeling kunnen naar wens aangepast worden onder het tabblad Eval. Deze isodosen worden ingesteld op: 2.0 Gy (rood) /1.9 Gy (oranje) /1.8 Gy (groen) /1.6 Gy (paars) /1.5 Gy (donkergeel) /1.4 Gy (lichtgeel) /1.3 Gy (lichtgroen) /1.2 Gy (lichtblauw) /1.0 Gy (donkerblauw) /0.3 Gy (donkergroen). Van alle opgestelde Pinnacle trials worden de DICOM RT Plan, DICOM RT Structure, DICOM RT Dose (dosis per prescriptie) en DICOM beelden geëxporteerd naar de Dosimetry Check server Dosimetrie systeem: Dosimetry Check Vervolgens worden de CT-beelden, de ingetekende structuren, de planconfiguraties en de voorspelde dosis binnengehaald in de eerste module van de Dosimetry Check software en klaargemaakt voor verdere verwerking. Er wordt eveneens een nieuwe tafelbladhoogte gedefinieerd op de CT-beelden. Het nieuwe tafelblad wordt gepositioneerd net onder de 16

24 ingetekende structuren. Door het instellen van dit tafelblad wordt geen rekening meer gehouden met densiteiten gelegen onder deze lijn. Daarna worden de parameters voor het aanmaken van het autorapport bij de analyse ingegeven (Zie figuur 11). Eerst worden de tolerantiewaarden ingesteld die men gebruikt bij het uitvoeren van een gamma-analyse. Een gamma-analyse is een techniek die een indicatie geeft van de kwantitatieve en geometrische overeenkomst tussen de voorspelde en de gereconstrueerde dosisverdelingen. Zo hanteert men een distance to agreement (DTA) van 3 mm bij een pretreatment meting en DTA van 5 mm bij een transit meting. Bij het uitvoeren van een transit meting zal een grotere DTA vooropgesteld worden, dit om setup fouten bij positionering van de patiënt, het fantoom of de hulpstukken in rekening te brengen. Zowel bij een pretreatment als een transit meting gaat men een toegelaten dosisverschil (percent difference) ingeven van 6%. Kortom wil dit zeggen dat men voor elk afzonderlijk gemeten punt binnen een straal van 3 (pretreatment) of 5 mm (transit) een punt wil aantreffen waarin het dosisverschil maximaal 6% van de normalisatiedosis bedraagt. Bij het gebruik van de planningssoftware Pinnacle, is de normalisatiedosis de mediane dosis die aan het PTV wordt voorgeschreven. Deze laatste waarde wordt automatisch meegestuurd met de RT Dose vanuit het planningssysteem. Bij onderzoeken waarbij gebruik gemaakt wordt van een homogeen fantoom zijn de gamma criteria 3 mm en 3%. In de realiteit maakt men geen gebruik van homogene fantomen, maar van patiënten bestaande uit verschillende weefsels en structuren (= inhomogeen). Door de inhomogeniteit van de mens moet men deze standaardwaarden dus uitbreiden om realistische tolerantiecriteria te kunnen bekomen. Fig. 11: Weergave autorapport, Module 1 Dosimetry Check. Vervolgens wordt een Gamma-Volume-Histogram (GVH) opgesteld van de omtrek van het fantoom. Dit resulteert in een weergave van het slaagpercentage van het totale volume van het fantoom voor de gamma-analyse. Verder worden ook 2D isodosen, 2D gamma-analyses, 2D gamma-slaagpercentages en isocentrische dosisprofielen opgesteld. Deze grafische voorstellingen van dosisevaluatiemogelijkheden zullen verder besproken worden bij sectie

25 Deze stappen worden uitgevoerd voor de CT-scans van de beide combinaties van hoofdsteunen Bestraling: Synergy 2 Na het opstellen van de behandelingsplannen dient men alle trials te exporteren van het planningssyteem Pinnacle naar het programma Mosaiq (Elekta, Stockholm, Zweden). Mosaiq is de software die gebruikt wordt voor het aansturen van de lineaire versneller. De bestraling wordt uitgevoerd met de lineaire versneller Synergy 2 van de dienst Radiotherapie-Oncologie van het UZ Gent. Dankzij het gebruik van Mosaiq worden alle instellingen zoals veldgrootte, gantryhoek, energie en het aantal Monitor Units per bundel automatisch doorgegeven en door de versneller uitgevoerd. Door tijdens de bestraling simultaan gebruik te maken van de iview software (Elekta) en het EPIDpaneel (Elekta) (Zie Figuur 12) kan de door het hoofdfantoom, de hoofdsteun en de bevestigingsplaat geattenueerde straling geregistreerd worden. Deze flat Fig. 12: Electronic Portal Imaging Device (EPID)- paneel. panel imager bevat een 41x41 cm 2 groot detectieoppervlak (1024 x 1024 pixels), een fosforscherm bedekt met een 1 mm dikke koper (Cu) laag en een amorf-silicium fotodiode array. De Cu-laag heeft als doel het absorberen van lage energie van gescatterde elektronen waardoor de beeldkwaliteit wordt verbeterd en het vormen van een build-up laag waardoor de primaire X-stralen worden omgezet naar Compton elektronen [18]. Initieel wordt er in de pretreatment-mode gestraald (Zie Figuur 13). Hierbij bevinden zich geen hulpstukken, patiënt of hoofdfantoom in de stralingsbundel. Bij een pretreatment bestraling zal men dus de bundel opvangen op het EPID-paneel zoals die wordt uitgezonden door de versneller. Op het einde van het onderzoek worden de bestralingen herhaald in treatment-mode of transit-mode (Zie Figuur 14). Bij deze metingen zijn de hulpstukken en de patiënt of hoofdfantoom altijd aanwezig in de stralingsbundel tijdens de bestraling. De opgenomen EPID-beelden worden opgeslagen voor verdere verwerking. 18

26 Fig. 13: Lineaire versneller bij bestraling in pretreatment mode. Fig. 14: Lineaire versneller bij bestraling in treatment of transit mode. 19

27 2.5. Verwerking van de metingen: Dosimetry Check Zoals eerder vermeld is Dosimetry Check (DC) een commercieel softwarepakket dat gebruikt kan worden voor de reconstructie van dosis op CT-beelden. De dosis wordt gereconstrueerd aan de hand van de fluentieverdelingen die men opneemt met het EPID-paneel. Na de eigenlijke bestraling werkt men verder met de tweede module van DC die gebruikt wordt voor de verwerking van de EPID-beelden. De gemeten pixelwaarden worden met behulp van de dosis-signaal relatie van de EPID, een calibratiecurve, omgezet naar het aantal Relatieve Monitor Units (RMU). RMU zijn het aantal MU dat nodig is om een zelfde zwarting te produceren in het centrum van het calibratieveld. Dit is een veld met gekende afmetingen in het isocentrum (10 x 10 cm 2 ) en een gekend aantal MU: 100. Voor een EPID-paneel is integratie een lineair proces met een snijpunt door de oorsprong. Zo kan men dus aan de hand van 1 meting de calibratiecurve bepalen. Deze curve wordt dan gebruikt om elke pixel van de verkregen EPID-beelden om te zetten in RMU. De translatie naar RMU is noodzakelijk om een eenheid te bekomen die kan worden omgezet naar dosis in centigray (cgy) in het fantoom. Bij het gebruik van een EPID-paneel ontstaat er bij bestraling interne scatter binnenin het apparaat waarvoor gecorrigeerd moet worden. Dit is mogelijk door het toepassen van een deconvolutie op het RMU-beeld met een scatterkernel. Een scatterkernel is een analytische benadering om de relatieve bijdrage van de verstrooide fotonen te bepalen en te compenseren. Eenmaal de beelden zijn omgezet in RMU en een deconvolutie is uitgevoerd, kan men door gebruik van het Pencil Beam algoritme van de software dosis berekenen op de plannings-ct van het fantoom. Bij het gebruik van een Pencil Beam algoritme wordt de in air fluentie opgedeeld in kleine pixels, waarbij elke pixel in het beeld met een afzonderlijke pencil overeenkomt. De afstand tot het fantoomoppervlak voor elke pencil is gekend van de CT-scans en de bundelpositionering. Bij transit metingen is er na de normalisatie een extra tussenstap nodig. Door middel van raytracing wordt een verband gelegd met dosis in de voxels in het fantoom. Met behulp van raytracing wordt gecorrigeerd voor het pad dat doorheen de patiënt is afgelegd. Bij raytracen gaat men vanuit de bron alle intersecties doorheen de patiënt nagaan en de radiologische lengte bepalen van het pad van elke ray [20]. Voor het uitvoeren van de berekening wordt gebruik gemaakt van een voxelgroote van 2x2x2 cm 3. 20

28 In de derde en laatste module van de Dosimetry Check software wordt een autorapport opgesteld. Dit rapport bevat een wiskundige analyse, de gamma-analyse, en andere visuele evaluatiemogelijkheden van de dosisreconstructie zoals 2D gamma-slaagpercentages, isocentrische dosisprofielen, GVH en 2D isodosen. Aan de hand van deze verschillende visuele voorstellingen kan men de dosis die toegediend wordt aan diverse structuren interpreteren en kan een vergelijking gemaakt worden tussen de geplande en de gereconstrueerde dosis. Het principe en de tolerantiecriteria van de gamma-analyse werden reeds besproken onder sectie 2.3. De 2D gamma-analyses worden gereconstrueerd in 3 orthogonale vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) door het isocentrum. Deze analyses tonen aan welke regio s punten bevatten met een gamma-waarde hoger dan 1 (rode en blauwe zones) en welke regio s punten bevatten met een gamma-waarde lager dan 1 (grijze zones). Afhankelijk van welke dosis het grootste is, verkrijgt men een andere kleur. Rode regio s zijn zones van punten waar de gammawaarde hoger is dan 1 ten gevolge van een hogere gereconstrueerde dosis dan voorspeld door het planningssysteem. Deze zones worden vaak benoemd als overdosage. Blauwe regio s zijn zones van punten waar de gamma-waarde hoger is dan 1 ten gevolge van een hogere dosis voorspeld door het planningssysteem ten opzichte van de gereconstrueerde dosis. Deze zones worden vaak benoemd als onderdosage (Zie Figuur 15). Isocentrische dosisprofielen geven het verloop weer van de dosis voor een diepte ter hoogte van het isocentrum. Deze profielen worden gereconstrueerd in drie richtingen: de X-richting (linksrechts), de Y-richting (longitudinaal) en de Z-richting (anterior-posterior). Door het construeren van 2D isodosen, lijnen die punten met eenzelfde dosis verbinden, kan men de dosis visueel inspecteren. Deze lijnen geven duidelijk weer welke zones niet voldoen aan het vooropgestelde plan. Isodosen van de dosis voorspeld door het planningssysteem worden voorgesteld door een groene curve, isodosen van de EPID gereconstrueerde dosis worden voorgesteld door een roze curve (Zie figuur 15-16). Ten slotte worden ook een GVH opgesteld voor de huidcontour van het fantoom. Dit is een histogram van de gamma-waarden binnen een structuur naar keuze (Zie figuur 16) [16, 21]. 21

29 Fig. 15: Links: 2D isodosen in sagittale vlak met isodosen van geplande dosis (groen) en EPID gereconstrueerde isodosen (roze). Blauw: oppervlak binnen 100% isodose gereconstrueerde dosis. Rechts: 2D gamma-analyse in transversale vlak met rode zones en blauwe zones voor regio s van punten met gamma-waarde hoger dan 1. Grijze zones voor regio s van punten met gamma-waarde lager dan 1. Asterix: dosis maximumpunten. Fig. 16: Links: Isocentrisch dosisprofiel X-richting met weergave geplande dosis (stippellijn) en gereconstrueerde dosis (volle lijn). Rechts: GVH skin met rode curve voor gamma-waarden met gereconstrueerde dosissen hoger dan berekende dosissen door planningssysteem en blauwe curve voor gamma-waarden met gereconstureerde dosissen lager dan berekende dosissen door planningssysteem. 22

30 2.6. Aanpassen van de densiteiten van de hulpstukken De uitgevoerde pretreatment-bestralingen zullen gedurende het verloop van het onderzoek op verschillende manieren worden geanalyseerd. Tijdens één van de eerste stappen van het onderzoek wordt de prestaties van Dosimetry Check en het EPID-paneel nagegaan. Hierbij gaat men de pretreatment bestralingen analyseren waarbij men een densiteit van 0 g/cm 3 gaat toekennen aan de hulpstukken in het planningssysteem (Pinnacle) en in het kwaliteitscontrolesysteem (Dosimetry Check). Bij deze analyses zal men dus geen rekening houden met de hulpstukken. Tijdens een volgende stap in het onderzoek zal men de plannen opnieuw analyseren waarbij men deze keer een densiteit van g/cm 3 gaat toekennen aan de hulpstukken in het planningssysteem. Bij deze stap wordt nog steeds geen rekening gehouden met de densiteit van de hulpstukken tijdens de dosisreconstructie (0 g/cm 3 ). Vervolgens worden de pretreatment bestralingen voor een derde keer geanalyseerd waarbij men zowel in het planningssysteem als bij de dosisreconstructie rekening zal houden met de densiteit van de hulpstukken (0.327 g/cm 3 ). Er wordt een densiteit toegekend van g/cm 3, dit de gemiddelde densiteit is van de bevestigingsplaat en de steunblok van de hoofdsteun vermeld op het instructieformulier. Deze stap wordt uitgevoerd om na te gaan of door rekening te houden met de densiteit van de hulpstukken bij de dosisberekening, bij het uitvoeren van een kwaliteitscontrole, de resultaten van de analyses verbeterd worden. 2.7 Verwerking resultaten Excel Tijdens de verwerking van de resultaten werd gebruik gemaakt van Microsoft Office Excel (Microsoft Corporation, Washington, VS) voor het berekenen van gemiddelden en standaarddeviaties SPSS Tijdens de verwerking van de resultaten werd gebruik gemaakt van de software SPSS (International Business Machines Corporation IBM, New York, VS) voor het vergelijken van verschillende datasets. 23

31 3. Resultaten 3.1 Berekening isodoselijnen: Pinnacle (planningssysteem) Steun 3 blok 20 mm: densiteit hulpstukken: 0 g/cm 3 versus g/cm 3 Tabel 2: Kleurencode isodoselijnen 2.0 Gy 1.9 Gy 1.8 Gy 1.6 Gy 1.5 Gy 1.4 Gy 1.3 Gy 1.2 Gy 1.0 Gy 0.3 Gy A Gantryhoek: 0 B Fig. 17: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met een energie van 6MV bij aanwezigheid van hulpstukken in de stralingsbundel op gantryhoek 0. Ontstaan isodoses in ingetekende structuren van steunblok van hoofdsteun (blauw) en basisplaat (groen) na toekennen van densiteit (Reeks B). Rode cirkel: Isocentrum. Blauw: ingetekende structuur steunblok van hoofdsteun. Groen: ingetekende structuur bevestigingsplaat. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ). 24

32 A B Fig. 18: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met een energie van 15MV bij aanwezigheid van hulpstukken in de stralingsbundel op gantryhoek 0. Ontstaan isodoses in ingetekende structuren van steunblok van hoofdsteun (blauw) en basisplaat (groen) na toekennen van densiteit (Reeks B). Rode cirkel: Isocentrum. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ). Zowel bij lage energie (6 MV) als bij hoge energie (15 MV) is er geen verschil in dosiswaarde, positie en ligging van de overeenkomstige isodoselijnen tussen de plannen waarbij men geen rekening houdt met de densiteit van de hulpstukken (= 0 g/cm 3 ) en de plannen waarbij men wel rekening houdt met de gemiddelde densiteit van de hulpstukken (= g/cm 3 ). Gantryhoek: 90 Zowel bij lage energie (6 MV) als bij hoge energie (15 MV) is er geen verschil in dosiswaarde, positie en ligging van de overeenkomstige isodoselijnen tussen de plannen waarbij men geen rekening houdt met de densiteit van de hulpstukken (= 0 g/cm 3 ) en de plannen waarbij men wel rekening houdt met de gemiddelde densiteit van de hulpstukken (= g/cm 3 ). (Figuren zie Bijlage 2) 25

33 A Gantryhoek: 180 B Fig. 19: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met een energie van 6 MV bij aanwezigheid van hulpstukken in stralingsbundel op gantryhoek 180. Ontstaan isodoses in ingetekende structuren van steunblok van hoofdsteun (blauw) en basisplaat (groen) na toekennen van densiteit (Reeks B). Rode cirkel: Isocentrum. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ). A 26

34 B Fig. 20: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met een energie van 15 MV bij aanwezigheid van hulpstukken in stralingsbundel op gantryhoek 180. Ontstaan isodoses in ingetekende structuren van steunblok van hoofdsteun (blauw) en basisplaat (groen) na toekennen van densiteit (Reeks B). Rode cirkel: Isocentrum. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ). Zowel bij lage energie (6 MV) als bij hoge energie (15 MV) treedt er een verandering van de positie van de isodoselijnen op. Eveneens onstaat er een inkrimping van het oppervlak dat binnen de isodoselijnen gelegen is Steun 3 wedge 9: densiteit hulpstukken: 0 g/cm 3 versus g/cm 3 Gantryhoek: 0 Zowel bij lage energie (6 MV) als bij hoge energie (15 MV) is er geen verschil in dosiswaarde, positie en ligging van de overeenkomstige isodoselijnen tussen de plannen waarbij men geen rekening houdt met de densiteit van de hulpstukken (= 0 g/cm 3 ) en de plannen waarbij men wel rekening houdt met de gemiddelde densiteit van de hulpstukken (= g/cm 3 ). Gantryhoek: 90 Zowel bij lage energie (6 MV) als bij hoge energie (15 MV) is er geen verschil in dosiswaarde, positie en ligging van de overeenkomstige isodoselijnen tussen de plannen waarbij men geen rekening houdt met de densiteit van de hulpstukken (= 0 g/cm 3 ) en de plannen waarbij men wel rekening houdt met de gemiddelde densiteit van de hulpstukken (= g/cm 3 ). Gantryhoek: 180 Zowel bij lage energie (6 MV) als bij hoge energie (15 MV) treedt er een verandering van de positie van de isodoselijnen op. Eveneens onstaat er een inkrimping van het oppervlak dat binnen de isodoselijnen gelegen is. (Figuren zie Bijlage 3) 27

35 3.2. Pretreatment analyses Densiteit van de hulpstukken in Pinnacle en Dosimetry Check: 0 g/cm Pretreatment bestraling: Oktober 2015 Procentueel dosisverschil: Tabel 3: Procentueel dosisverschil (%): Dosimetry Check minus de referentiedosis (cgy) berekend door planningssysteem in isocentrum. Groen: Metingen op gantryhoek 0. Geel: Metingen op gantryhoek 90. Oranje: Metingen op gantryhoek 180. Steun 3 blok 20 mm Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % % % % % 1.09 % 10x10 cm % 0.76 % % 0.81 % % 1.94 % 15x15 cm % 2.43 % % 1.23 % % 2.49 % Steun 3 wedge 9 Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % % % 0.72 % % 1.56 % 10x10 cm % 1.02 % % 1.58 % % 2.44 % 15x15 cm % 2.35 % % 1.80 % % 2.90 % Gantryhoek: De plannen gestraald op een gantryhoek van 180 vertonen het grootste procentueel dosisverschil. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 6 MV versus 15 MV: De plannen gestraald met hogere energie (15 MV) vertonen een kleiner procentueel dosisverschil dan de plannen gestraald met lagere energie (6 MV). Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Veldgrootte: Het procentueel dosisverschil neemt toe met toenemende veldgrootte. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen. (Extra resultaten zie Bijlage 4) 28

36 Herhaalde pretreatment bestraling: Maart 2016 Procentueel dosisverschil: Tabel 4: Procentueel dosisverschil (%): Dosimetry Check minus de referentiedosis (cgy) berekend door planningssysteem in isocentrum. Groen: Metingen op gantryhoek 0. Geel: Metingen op gantryhoek 90. Oranje: Metingen op gantryhoek 180. Steun 3 blok 20 mm Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % 0.47 % % 0.61 % % 1.81 % 10x10 cm % 1.70 % % 1.53 % % 2.84 % 15x15 cm % 2.91 % % 1.81 % % 3.24 % Steun 3 wedge 9 Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % 0.56 % % 0.52 % % 1.24 % 10x10 cm % 1.49 % % 1.42 % % 2.37 % 15x15 cm % 2.81 % % 1.69 % % 2.44 % Gantryhoek: De plannen gestraald op een gantryhoek van 180 vertonen het grootste procentueel dosisverschil. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 6 MV versus 15 MV: De plannen gestraald met hogere energie (15 MV) vertonen een kleiner procentueel dosisverschil dan de plannen gestraald met lagere energie (6 MV). Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Veldgrootte: Het procentueel dosisverschil neemt toe met toenemende veldgrootte. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen. (Extra resultaten zie Bijlage 5) 29

37 t-test: vergelijking pretreatment bestraling Oktober 2015 en Maart 2016 Tabel 5: Gepaarde t-test op data van en voor beide combinaties van hoofdsteunen met als toevalsveranderlijke het procentueel dosisverschil. Pair 1 s3b20mmokt - s3b20mmma Pair 2 s3w9okt - s3w9ma Mean Std. Deviation Paired Differences Std. Error Mean 95% Confidence Lower Interval of the Difference Upper t df Sig. (2- tailed) -,50778,27976, , , ,701 17,000 -,23222,36770, , , ,679 17,016 Voor beide combinaties van hoofdsteunen is P< 0.05 waardoor men de nulhypothese H0 (De gevoeligheid van het EPID-paneel blijft constant in het verloop van tijd) kan verwerpen ten voordele van de alternatieve hypothese HA (De gevoeligheid van het EPID-paneel varieert in verloop van de tijd) Densiteit hoofdfantoom in Pinnacle en Dosimetry Check: 1.02 g/cm 3 Procentueel dosisverschil: Tabel 6: Procentueel dosisverschil (%): Dosimetry Check minus de referentiedosis (cgy) berekend door planningssysteem in isocentrum. Groen: Metingen op gantryhoek 0. Geel: Metingen op gantryhoek 90. Oranje: Metingen op gantryhoek 180. Steun 3 blok 20 mm Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % % % % % 0.39 % 10x10 cm % 0.60 % % 0.41 % % 1.32 % 15x15 cm % 1.91 % % 0.55 % % 1.74 % Steun 3 wedge 9 Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % % % 0.43 % % 0.96 % 10x10 cm % 0.83 % % 1.25 % % 1.79 % 15x15 cm % 2.03 % % 1.38 % % 2.21 % 30

38 Gantryhoek: De plannen gestraald op een gantryhoek van 180 vertonen het grootste procentueel dosisverschil. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 6 MV versus 15 MV: De plannen gestraald met hogere energie (15 MV) vertonen een kleiner procentueel dosisverschil dan de plannen gestraald met lagere energie (6 MV). Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Veldgrootte: Het procentueel dosisverschil neemt toe met toenemende veldgrootte. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen. (Extra resultaten zie Bijlage 6) Reproduceerbaarheid Procentueel dosisverschil: Tabel 7: Procentueel dosisverschil (%): Dosimetry Check minus de referentiedosis (cgy) berekend door planningssysteem in isocentrum. Veld 1: analyses op basis van eerste reeks pretreatment-metingen. Veld 2: analyses op basis van tweede reeks pretreatment-metingen. Groen: Metingen op gantryhoek 0. Geel: Metingen op gantryhoek 90. Oranje: Metingen op gantryhoek 180. Steun 3 blok 20 mm Gantryhoek ( ) 6 MV (Veld 1) 6 MV (Veld 2) 15 MV (Veld 1) 15 MV (Veld 2) 5x5 cm % 1.34 % 0.47 % 0.49 % % 1.58 % 0.61 % 0.51 % % 2.76 % 1.81 % 1.66 % 10x10 cm % 2.62 % 1.70 % 1.47 % % 2.65 % 1.53 % 1.50 % % 3.98 % 2.84 % 2.63 % 15x15 cm % 3.06 % 2.91 % 2.77 % % 2.50 % 1.81 % 1.70 % % 3.87 % 3.24 % 2.89 % Steun 3 wedge 9 Gantryhoek ( ) 6 MV (Veld 1) 6 MV (Veld 2) 15 MV (Veld 1) 15 MV (Veld 2) 5x5 cm % 1.64 % 0.56 % 0.55 % % 1.43 % 0.52 % 0.62 % % 2.34 % 1.24 % 1.39 % 10x10 cm % 2.45 % 1.49 % 1.72 % % 2.81 % 1.42 % 1.46 % % 3.18 % 2.37 % 2.58 % 15x15 cm % 2.94 % 2.81 % 2.95 % % 2.41 % 1.69 % 1.80 % % 3.34 % 2.44 % 2.79 % 31

39 Tabel 8: Reproduceerbaarheid: Gepaarde t-test op data van Tabel 7 voor beide combinaties van hoofdsteunen met als toevalsveranderlijke het procentueel dosisverschil. Pair 1 s3b20v1 - s3b20v2 Pair 2 s3w9v1 - s3w9v2 Mean Std. Deviation Paired Differences Std. Error Mean 95% Confidence Interval of the Lower Difference Upper t df Sig. (2- tailed) -,00111,18107, ,09116, ,026 17,980 -,00111,18078, ,09101, ,026 17,980 Voor beide combinaties van hoofdsteunen is P> 0.05 waardoor men de nulhypothese H0 (Er is geen verschil tussen beide groepen van metingen) gaat aanvaarden ten nadele van de alternatieve hypothese HA (Beide groepen van metingen zijn verschillend) Densiteit van de hulpstukken in Pinnacle: g/cm Densiteit van de hulpstukken in Dosimetry Check: 0 g/cm 3 Procentueel dosisverschil: Tabel 9: Procentueel dosisverschil (%): Dosimetry Check minus de referentiedosis (cgy) berekend door planningssysteem in isocentrum. Groen: Metingen op gantryhoek 0. Geel: Metingen op gantryhoek 90. Oranje: Metingen op gantryhoek 180. Steun 3 blok 20 mm Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % % % % % 4.29 % 10x10 cm % 0.94 % % 0.85 % % 4.85 % 15x15 cm % 2.36 % % 1.01 % % 5.02 % Steun 3 wedge 9 Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % % % 0.70 % % 3.20 % 10x10 cm % 0.99 % % 1.57 % % 3.86 % 15x15 cm % 2.32 % % 1.80 % % 4.12 % 32

40 Gantryhoek: De plannen gestraald op een gantryhoek van 180 vertonen het grootste procentueel dosisverschil. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 6 MV versus 15 MV: De plannen gestraald met hogere energie (15 MV) vertonen een kleiner procentueel dosisverschil dan de plannen gestraald met lagere energie (6 MV). Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Veldgrootte: Bij plannen gestraald met lage energie (6 MV) vertonen deze gestraald met een veldgrootte van 10x10 cm 2 het grootste procentueel dosisverschil. Bij plannen gestraald met hoge energie (15 MV) neemt het procentueel dosisverschil toe met toenemende veldgrootte. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen. Gamma-slaagpercentage in 3 orthogonale vlakken door het isocentrum: Tabel 10: Gamma-slaagpercentage (%). Rood: waarden die niet voldoen aan pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Steun 3 blok 20 mm Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 0.82) % 5x5_6MV_ % % % (± 0.36) % 5x5_6MV_ % % % (± 4.14) % 10x10_6MV_ % % % (± 1.57) % 10x10_6MV_ % % % (± 0.42) % 10x10_6MV_ % % % (± 5.35) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.74) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.56) % 15x15_6MV_ % % % (± 8.34) % 5x5_15MV_ % % % (± 1.01) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.51) % 5x5_15MV_ % % % (± 7.41) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.33) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.96) % 10x10_15MV_ % % % (± 9.09) % 15x15_15MV_ % % % (± 1.41) % 15x15_15MV_ % % % (± 3.68) % 15x15_15MV_ % % % (± 11.01) % Steun 3 wedge 9 Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 0.65) % 5x5_6MV_ % % % (± 0.41) % 33

41 5x5_6MV_ % % % (± 6.55) % 10x10_6MV_ % % % (± 1.09) % 10x10_6MV_ % % % (± 0.32) % 10x10_6MV_ % % % (± 1.21) % 15x15_6MV_ % % % (± 1.02) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.05) % 15x15_6MV_ % % % (± 3.29) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.97) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.85) % 5x5_15MV_ % % % (± 5.10) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.28) % 10x10_15MV_ % % % (± 1.94) % 10x10_15MV_ % % % (± 4.74) % 15x15_15MV_ % % % (± 1.92) % 15x15_15MV_ % % % (± 3.95) % 15x15_15MV_ % % % (± 11.13) % Gantryhoek: 0 : Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 0 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse, met uitzondering van het plan gestraald op een gantryhoek van 0 met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 90 : Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 90 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse, met uitzondering van het coronaal vlak bij het plan gestraald op een gantryhoek van 90 met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 180 : Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 180 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) duidelijk niet aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse, met uitzondering van het coronaal vlak bij het plan gestraald op een gantryhoek van 180 met een veldgrootte van 5x5 cm 2 met een energie van 6 MV bij de hoofdsteuncombinatie Steun 3 wedge 9. 6 MV versus 15 MV: Bij plannen waar de hulpstukken een invloed uitoefenen, op een gantryhoek van 180, worden gemiddeld betere resultaten bekomen wanneer er gestraald wordt met een hogere energie (15 MV) dan met een lagere energie (6 MV). 34

42 Veldgrootte: Bij plannen waar de hulpstukken een invloed uitoefenen, op een gantryhoek van 180, nemen de gemiddelde slaagpercentages voor de gamma-analyses over de drie vlakken duidelijk af met toenemende veldgrootte. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen. Gamma-slaagpercentage: Gamma-Volume-Histogrammen: Tabel 11: Slaagpercentage gamma-volume-histogram(gvh) skin (%). Rood: waarden die niet voldoen aan pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Trial/ Slaagpercentage (%) Steun 3 blok 20 mm Steun 3 wedge 9 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % Plannen gestraald op een gantryhoek van 180, plannen gestraald met een veldgrootte 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV en het plan gestraald op een gantryhoek van 0 met een veldgrootte van 10x10 cm 2 met een energie van 15 MV voldoen niet aan het minimum van 95 % voor de gamma-analyse voor de huidomtrek van het hoofdfantoom. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 35

43 Densiteit van de hulpstukken in Dosimetry Check: g/cm 3 Procentueel dosisverschil: Tabel 12: Procentueel dosisverschil (%): Dosimetry Check minus de referentiedosis (cgy) berekend door planningssysteem in isocentrum. Groen: Metingen op gantryhoek 0. Geel: Metingen op gantryhoek 90. Oranje: Metingen op gantryhoek 180. Steun 3 blok 20 mm Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % % % % % 1.70 % 10x10 cm % 0.94 % % 0.85 % % 2.69 % 15x15 cm % 2.36 % % 1.01 % % 2.93 % Steun 3 wedge 9 Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % % % 0.70 % % 2.30 % 10x10 cm % 0.99 % % 1.57 % % 3.19 % 15x15 cm % 2.32 % % 1.80 % % 3.47 % Gantryhoek: De plannen gestraald op een gantryhoek van 180 vertonen het grootste procentueel dosisverschil. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 6 MV versus 15 MV: De plannen gestraald met hogere energie (15 MV) vertonen een kleiner procentueel dosisverschil dan de plannen gestraald met lagere energie (6 MV). Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Veldgrootte: Het procentueel dosisverschil neemt toe met toenemende veldgrootte. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen. 36

44 Gamma-slaagpercentage in 3 orthogonale vlakken door het isocentrum: Tabel 13: Gamma-slaagpercentage (%). Rood: waarden die niet voldoen aan het pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Steun 3 blok 20 mm Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 0.82) % 5x5_6MV_ % % % (± 0.36) % 5x5_6MV_ % % % (± 3.03) % 10x10_6MV_ % % % (± 1.52) % 10x10_6MV_ % % % (± 0.42) % 10x10_6MV_ % % % (± 6.14) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.77) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.56) % 15x15_6MV_ % % % (± 3.31) % 5x5_15MV_ % % % (± 1.01) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.51) % 5x5_15MV_ % % % (± 6.93) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.33) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.96) % 10x10_15MV_ % % % (± 2.78) % 15x15_15MV_ % % % (± 1.43) % 15x15_15MV_ % % % (± 3.68) % 15x15_15MV_ % % % (± 2.83) % Steun 3 wedge 9 Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 0.65) % 5x5_6MV_ % % % (± 0.41) % 5x5_6MV_ % % % (± 4.37) % 10x10_6MV_ % % % (± 1.09) % 10x10_6MV_ % % % (± 0.32) % 10x10_6MV_ % % % (± 5.22) % 15x15_6MV_ % % % (± 1.02) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.05) % 15x15_6MV_ % % % (± 3.94) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.97) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.85) % 5x5_15MV_ % % % (± 4.51) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.28) % 10x10_15MV_ % % % (± 1.94) % 10x10_15MV_ % % % (± 4.13) % 15x15_15MV_ % % % (± 1.91) % 15x15_15MV_ % % % (± 3.95) % 15x15_15MV_ % % % (± 3.66) % 37

45 Gantryhoek: 0 : Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 0 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse, met uitzondering van het plan gestraald op een gantryhoek van 0 met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 90 : Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 90 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse, met uitzondering van het coronaal vlak bij het plan gestraald op een gantryhoek van 90 met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV bij de hoofdsteuncombinatie Steun 3 blok 20 mm. 180 : Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 180 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) duidelijk niet aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse, met uitzondering van het coronaal vlak bij de plannen gestraald op een gantryhoek van 180 met een veldgrootte van 5x5 cm 2 met een energie van 6 MV en 15 MV bij hoofdsteuncombinatie Steun 3 blok 20 mm en het coronaal vlak bij het plan gestraald op een gantryhoek van 180 met een veldgrootte van 5x5 cm 2 met een energie van 6 MV bij de hoofdsteuncombinatie Steun 3 wedge 9. 6 MV versus 15 MV: Bij plannen waar de hulpstukken een invloed uitoefenen, op een gantryhoek van 180, worden gemiddeld betere resultaten bekomen wanneer er gestraald wordt met een lagere energie (6 MV) dan met een hogere energie (15 MV). Veldgrootte: Bij plannen waar de hulpstukken een invloed uitoefenen, op een gantryhoek van 180, nemen de gemiddelde slaagpercentages voor de gamma-analyses over de drie vlakken duidelijk af met toenemende veldgrootte. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen. 38

46 Gamma-slaagpercentage: Gamma-Volume-Histogrammen: Tabel 14: Slaagpercentage gamma-volume-histogram(gvh) skin (%). Rood: waarden die niet voldoen aan het pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Trial/ Slaagpercentage (%) Steun 3 blok 20 mm Steun 3 wedge 9 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % Plannen gestraald op een gantryhoek van 180, plannen gestaald met een veldgrootte 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV en het plan gestraald op een gantryhoek van 0 met een veldgrootte van 10x10 cm 2 met een energie van 15 MV voldoen niet aan het minimum van 95 % voor de gamma-analyse voor de huidomtrek van het hoofdfantoom. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen Transit analyse (Extra resultaten: Zie Bijlage 7) 39

47 4. Bespreking Bij de behandeling van hoofd- en halskanker worden diverse hulpstukken gehanteerd voor de immobilisatie van de patiënt op de behandelingstafel. Zo verkrijgt men een meer nauwkeurige toediening van de straling en dus ook van de dosis aan het doelvolume, namelijk de tumor. Momenteel houdt men bij de planning van de toe te dienen dosis aan de patiënt en bij de reconstructie van de toegediende dosis tijdens een kwaliteitscontrole geen rekening met de densiteit van deze hulpstukken [11]. 4.1 Invloed van de immobilisatiehulpstukken Om na te gaan of men in de toekomst met deze densiteit rekening moet houden, werd in de eerste stap van het onderzoek nagegaan of het gebruik van hulpstukken een duidelijke invloed heeft op de dosisverdeling binnen het hoofdfantoom. Op basis van de resultaten in sectie 3.1. kan worden aangetoond dat het inbrengen van hulpstukken in de stralingsbundel een invloed heeft op de toegediende dosis aan het fantoom. Echter hebben deze hulpstukken enkel een invloed indien zij zich in de stralingsbundel bevinden en wanneer deze doorstraald worden vooraleer de stralingsbundel het hoofdfantoom bereikt. Tijdens het onderzoek kon dit worden aangetoond op een gantryhoek van 180. Er werd geen invloed van de hulpstukken opgemerkt bij de berekening van isodosen op een gantryhoek van 0 of 90. Het inbrengen van de hulpstukken met een bepaalde densiteit in de stralingsbundel heeft 2 verschillende effecten op de dosisverdeling. Ten eerste werd door het toekennen van een densiteit aan de ingetekende structuren van de hulpstukken een verandering in de positie van de isodosen waargenomen. Dit kan verklaard worden door het verschuiven van de build-up regio. Bij het gebruik van fotonenbundels voor het uitvoeren van externe radiotherapie wordt de maximumdosis niet onmiddellijk bereikt maar pas na een diepte van een paar centimeter, dit noemt men de build-up regio (zie figuur 21). De aanwezigheid van deze zone zorgt namelijk voor een huidsparend effect [5]. Door gebruik te maken van immobilisatiehulpstukken, zoals een hoofdsteun, gaat deze build-up zone verschuiven van de huid naar de hulpstukken. Dit heeft als gevolg dat de dosis groter wordt ter hoogte van de huid van de patiënt waardoor deze dus een veel hogere stralingsdosis ontvangt dan gepland. De verhoogde oppervlaktedosis door het gebruik van hulpstukken werd reeds aangetoond door voorafgaande studies [27, 28]. 40

48 Fig. 21: Dosis als functie van de diepte voor een fotonenbundel met veldgrootte 10x10 cm 2. Zwarte pijl: build-up regio voor een fotonenbundel met een energie van 25 MV [5]. Ten tweede werd een inkrimping van het oppervlak binnen de isodosen waargenomen. Dit weerspiegelt een daling van het oppervlak dat een bepaalde dosis krijgt toegediend in dat vlak. Dit effect kan verklaard worden door attenuatie van de stralingsbundel door het inbrengen van hulpstukken met een bepaalde densiteit in het stralingsveld. Dit heeft als gevolg dat door geen rekening te houden met de densiteit van hulpstukken bij planning van de dosis, het doelvolume (de tumor) een lagere dosis zal toegediend krijgen dan gepland. Deze waarnemingen zijn zichtbaar bij beide combinaties van hoofdsteunen [11, 28]. Voorgaande onderzoeken naar de dosis en de dosisdistributies bij het niet in rekening brengen van de immobilisatiehulpstukken toonden een onderdosage tot 5.8 % aan ter hoogte van het isocentrum en het voorkomen van 4 e graad brandwonden ter hoogte van de huid [29]. Op basis van deze bevindingen kan men dus besluiten dat tijdens het opstellen van een behandelingsplan en bij het uitvoeren van een kwaliteitscontrole bij het toepassen van externe radiotherapie het aangewezen is om rekening te houden met de densiteit van de gebruikte hulpstukken Prestatie van Dosimetry Check en het EPID-paneel Tijdens de volgende stap in het onderzoek werd duidelijk dat er, naast het gebruik van hulpstukken, bijkomende factoren aanwezig zijn die de dosisreconstructie aan de hand van de opgemeten fluentie van de uittredende bundel met het EPID-paneel kunnen beïnvloeden. Dit kwam aan het licht doordat de resultaten in sectie niet voldeden aan de vooropgestelde 41

49 verwachtingen. Bij een pretreatment-meting waarbij geen rekening wordt gehouden met densiteit van hulpstukken verwacht men echter, gemiddeld genomen, een procentueel dosisverschil van 0% tussen de dosisberekening (planning) en dosisreconstructie (EPIDdosimetrie). Men gaat immers de bundel opvangen op het EPID-paneel zoals deze wordt uitgezonden door de lineaire versneller. Om zich ervan te vergewissen dat er geen fout werd gemaakt tijdens de bestraling, werd deze pretreatment-meting herhaald (Zie resultaten sectie ). Na analyse van de metingen werden gelijkaardige resultaten bekomen waardoor men kon besluiten dat er geen fout werd gemaakt tijdens de vorige metingen. Voor het vergelijken van beide datasets (de oorspronkelijke en de herhaalde metingen) werd gebruik gemaakt van een gepaarde t-test (Tabel 5.). Op basis van de resultaten van deze test kan men aantonen dat de gevoeligheid van het paneel verandert in het verloop van de tijd. Dit benadrukt eveneens het belang van het regelmatig herstralen van het gebruikte kalibratieveld. Voor het aantonen van de reproduceerbaarheid van de gebruikte methodiek tijdens het onderzoek werd een gepaarde t-test (Tabel 8) uitgevoerd op data uit sectie Deze test werd gebruikt voor de vergelijking van twee reeksen analyses op basis van twee verschillende pretreatement-metingen die met een zeer klein verschil in tijd zijn opgemeten. De uitkomst van deze test toonde aan dat er geen statistische evidentie is voor een systematisch afwijking in de resultaten, wat de reproduceerbaarheid van het onderzoek aantoont. Bij analyse van de pretreatment-metingen waarbij geen rekening werd gehouden met de densiteit van de hulpstukken werden opmerkelijk voornamelijk grote afwijkingen bekomen voor metingen op een gantryhoek van 0 en 180. Een mogelijke verklaring hiervoor leek de aanwezigheid van grote verschillen in de densiteit van het fantoom langs deze as op de CT-beelden die gebruikt worden voor dosisreconstructie. Deze asymmetrie ontstaat doordat het hoofdfantoom is opgebouwd uit verschillende lagen polystyreen. Tussen deze verschillende lagen kan een kleine hoeveelheid lucht aanwezig zijn. Het probleem ontstaat als de dunne CT-snede (2 mm) juist ongeveer samenvalt met het scheidingsvlak tussen aansluitende lagen van het fantoom (Zie Figuur 22). Fig. 22: CT-beeld hoofdfantoom doorheen het isocentrum gebruikt voor planning van de dosis met de aanwezigheid van een kleine hoeveelheid lucht (zwart). 42

50 Op een gantryhoek van 90 vertoont het fantoom meer symmetrie in densiteit langs de anteroposterieure symmetrieas en worden dus ook betere resultaten bekomen. Dit probleem kan op twee verschillende manieren worden opgelost: men kan een dikkere snededikte instellen tijdens de CT-opname bij het gebruik van het hoofdfantoom of men kan handmatig een densiteit toekennen aan de ingetekende contour van het hoofdfantoom in het planningssysteem en bij de dosisreconstructie (Zie resultaten sectie ). Door handmatig een densiteit toe te kennen, verkrijgt men een homogene densiteit binnen de volledige contour van het hoofdfantoom. Deze extra stap leidde tot een verbetering van de resultaten. Dit heeft ervoor gezorgd dat in het verdere verloop van het onderzoek de densiteit van het fantoom tijdens de planning en bij de dosisreconstructie steeds manueel werd overschreven bij het analyseren van pretreatmentmetingen. Afwijkingen tot 2.50 % op een gantryhoek van 0 of 180 bleven echter aanwezig (Tabel 6). Naast deze beeldartefacten in het fantoom zijn er nog andere factoren die kunnen bijdragen tot een kleine afwijking van de resultaten. Een eerst mogelijke factor is het verschil in gebruik van berekeningsalgoritme tussen het planningssysteem (Pinnacle) en het kwaliteitscontrolesysteem (DC). Pinnacle maakt gebruik van een CC Convolution Superposition (CCCS) algoritme, DC maakt gebruik van een Pencil Beam (PB) algoritme [20, 26]. Van het PB algoritme is geweten dat het gelimiteerd is in regio s van heterogene weefsels. PB houdt geen rekening met secundaire, gescatterde elektronen en gaat dosis berekenen op basis van hun radiologische diepte langs een straal vanuit de radiatiebron tot een bepaald punt waar men de dosis wil berekenen. Het CCCS algoritme maakt gebruik van een volledige 3D densiteitsschaling om de effecten van nabijgelegen heterogeniteiten te modelleren, wat zorgt voor een verhoogde accuraatheid. Het verschil in werking van beide algoritmes kan deels bijdragen tot de afwijkende resultaten [30]. Ten slotte kan men deze afwijkende resultaten toeschrijven aan de effecten die optreden wanneer men gebruik maakt van een EPID, namelijk de ghosting effecten (Zie sectie 1.5). Deze effecten zijn afhankelijk van de bestralingstijd en van de dosis per frame [12]. Bovenstaande factoren geven slechts aanleiding tot een kleine verbetering van de resultaten. De hoofdoorzaak van de grote afwijking in de resultaten kon niet volledig worden achterhaald. Naarmate het onderzoek verder vorderde werd duidelijk dat de aanwezigheid van een luchtspleet tussen het hoofdfantoom en de ingetekende hulpstukken bij berekeningen met beide algoritmes zou kunnen zorgen voor afwijkende resultaten (Zie sectie 4.3.). 43

51 Slaag-% Gamma-analyse Slaag-% Gamma-analyse 4.3. Inclusie van de behandelingstafel en hulpstukken in de dosisreconstructie Het hoofddoel van dit onderzoek was nagaan of door inclusie van een model van de behandelingstafel (= bevestigingsplaat en de hoofdsteun) in het planningssysteem én in de dosisreconstructie, met behulp van de Dosimetry Check software, de analyses kwalitatief verbeterd worden. Door vergelijking van de resultaten van de pretreatment analyses onder sectie en sectie kan geconcludeerd worden dat door implementatie van een model van de hulpstukken met toegekende densiteit bij de planning én in de dosisreconstructie de resultaten van bepaalde analyses sterk verbeterd worden. Plannen gestraald op een gantryhoek van 0 of 90 vertonen gelijkaardige resultaten bij beide reeksen van analyses. Dit kan verklaard worden door het feit dat op deze gantryhoeken de hulpstukken geen invloed uitoefenen op de stralingsbundel. Het zijn voornamelijk plannen gestraald op een gantryhoek van 180 die een sterke verbetering in resultaten vertonen. Dit wordt weerspiegeld in een (sterke) daling van het procentueel dosisverschil (Tabel 12), een stijging in het gemiddelde slaagpercentage voor de gamma-analyse over de drie vlakken (Tabel 13) (Figuur 23) en een stijging in het slaagpercentage van het volume van het hoofdfantoom (Tabel 14) Steun 3 blok 20 mm Steun 3 wedge 9 Trial Trial Fig. 23: Vergelijking van gemiddelde slaagpercentages voor gamma-analyse over drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) voor plannen gestraald op gantryhoek 180. Blauw: analyses zonder toekennen van densiteit aan hulpstukken in DC. Oranje: analyses met toekennen van densiteit aan hulpstukken in DC. Desondanks er een verbetering van de resultaten optreedt, voldoet het overgrote merendeel van de pretreatment analyses nog steeds niet aan de pass-rate van minimum 95% voor de gammaanalyse. 44

52 Alvorens over te gaan naar transit metingen werd er verder onderzoek uitgevoerd naar de mogelijk oorzaak van deze minder goede resultaten. Hiervoor werd beroep gedaan op de berekende isodosenverdeling door het planningssysteem en de gereconstrueerde isodosenverdeling bij de dosisreconstructie. Bij vergelijking van deze beide isodosenverdelingen leek het alsof de isodosen van de geplande dosis (groen) beperkt blijven tot de structuur van het hoofdfantoom, ook al kent men een densiteit toe aan de hulpstukken. Dit effect speelt zich vermoedelijk af in de build-up regio (Zie Figuur 24). De isodosen van de gereconstrueerde dosis (roze) worden wel verder uitgebreid naar de ingetekende hulpstukken indien men hieraan een densiteit ging toekennen. Bovendien daalden de waarden van de isodosen uit Pinnacle (groen) en Dosimetry Check (roze) indien men een densiteit gaat toekennen aan de ingetekende hulpstukken. Fig. 24: 2D isodosen in transversale vlak bij bestraling met fotonenbundel met veldgrootte 5x5 cm 2 en energie 6 MV. Groen: Isodosen overeenkomstig de geplande dosis door planningssysteem. Roze: Isodosen overeenkomstig de gereconstrueerde dosis op basis van EPID-metingen. Links: Analyse waarbij geen rekening werd gehouden met densiteit van hulpstukken tijdens planning en dosisreconstructie. Rechts: Analyse waarbij wel rekening werd gehouden met densiteit van hulpstukken tijdens planning en dosisreconstructie. Deze waarnemingen zouden kunnen verklaard worden doordat in het planningssysteem de dosescript (die men later zal exporteren naar DC) niet wordt doorgetrokken naar de hulpstukken. Dit zou dus willen zeggen dat in het planningssysteem bij de berekening van dosis binnen het hoofdfantoom enkel rekening gehouden wordt met attenuatie van de bundel door 45

53 aanwezigheid van de hulpstukken. Deze attenuatie zou dan de oorzaak zijn van de daling in de waarde van de geplande isodosenverdelingen. Bij dosisreconstructie in DC wordt wel rekening gehouden met beide fenomenen (attenuatie van de bundel en vorming van secundaire, gescatterde elektronen in de hulpstukken). Op basis van dit vermoeden zou men dus kunnen stellen dat hoewel DC met een algoritme werkt van mindere kwaliteit (PB) ten opzichte van het planningssysteem Pinnacle (CCC) het erin slaagt om de dosis meer nauwkeurig te reconstrueren dan dat deze gepland kan worden wanneer er hulpstukken aanwezig zijn in de nabijheid van de patiënt. Door het uitvoeren van een analyse waarbij men tijdens de dosisplanning en de dosisreconstructie een hoge densiteit had toegekend aan één van de hulpstukken kon men deze veronderstelling tegenspreken. Bij deze analyse werd het duidelijk dat de dosescript wordt uitgebreid naar de hulpstukken (Bijlage 8). Op basis van deze resultaten kan men dus aantonen dat de data vanuit het planningssysteem correct wordt geëxporteerd naar DC en dat er volledig rekening wordt gehouden met de invloed van de aanwezigheid van de hulpstukken met bijhorende densiteit. Bovenstaande bevindingen leidden tot volgende nieuwe hypothesen: (1) Het planningssysteem Pinnacle en het kwaliteitscontrolesysteem Dosimetry Check hebben een verschillende manier van conversie van CT-nummer of Hounsfield Units naar relatieve elektronendensiteit waardoor zij op een verschillende manier omgaan met de lage densiteit die wordt toegekend aan de ingetekende hulpstukken. (2) Het CCCS algoritme bij de planning en/of het PB algoritme bij de dosisreconstructie kunnen niet goed omgaan met de luchtspleet die ontstaat door het niet intekenen van het schuimgedeelte (Zie Figuur 12). Door vergelijking van het verloop van de relatieve elektronendensiteit in functie van de CTnummers of Hounsfield Units werd duidelijk dat Pinnacle en Dosimetry Check werken met een vergelijkbare CT to density table bij lage densiteiten. Beide programma s gaan dus op een vergelijkbare manier densiteit bepalen (Figuur 25). Een verschil in conversie naar densiteit kan dus niet de oorzaak zijn van afwijkende resultaten waardoor men deze eerste hypothese kan weerleggen. 46

54 Density Denisty Pinnacle Dosimetry Check 2,5 2, ,5 1, ,5 0, CT-number Hounsfield Units Fig. 25: Vergelijking CT to density tables : Relatieve elektronendensiteit in functie van de CT-nummers/ Hounsfield Units. Links: Pinnacle (planningssoftware). Rechts: Dosimetry Check (kwaliteitscontrolesoftware). Alle voorgaande hypotheses met bijhorende resultaten doen dus vermoeden dat de afwijkende resultaten te wijten zijn aan de aanwezigheid van de luchtspleet op de CT-beelden, waar in werkelijkheid het schuimgedeelte gepositioneerd is. Deze luchtspleet ontstaat door het niet intekenen van het schuimgedeelte van de hoofdsteun waardoor dit tijdens de planning en de dosisreconstructie als lucht zal beschouwd worden. Literatuur toont aan dat het CCCS algoritme minder nauwkeurig is bij de aanwezigheid van grote luchtvolumes die kunnen ontstaan bij het gebruik van hulpstukken [31]. In verder onderzoek dient men dus na te gaan of de resultaten verbeterd worden indien men dit schuimgedeelte wel gaat intekenen en bijhorende densiteit gaat toekennen. Eveneens dient men de invloed van de aanwezigheid van luchtvolumes op de prestatie van het CCCS algoritme en PB algoritme na te gaan Transit analyse Bij de start van het onderzoek was het oorspronkelijke doel om dit onderzoek af te kunnen ronden met de analyse van transit-metingen waarvoor men goede resultaten zou bekomen. Aangezien men er niet in geslaagd is om de pretreatment-analyses met implementatie van een model van de hulpstukken te optimaliseren, is men er niet in geslaagd om goede resultaten te bekomen voor de transit-analyses (Zie Bijlage 7). Deze minder goede resultaten resulteren in grote procentuele dosisverschillen, lage gemiddelde slaagpercentages voor de gamma-analyse over de drie vlakken en een laag slaagpercentage voor het volume van het hoofdfantoom (Tabel 22-24). Eveneens produceren beide dosisberekeningsalgoritmen isodosen die nog verder uit elkaar liggen dan bij de pretreatment-metingen (Figuur 26). 47

55 Fig. 26: 2D isodosen in transversale vlak bij bestraling met fotonenbundel met veldgrootte 10x10 cm 2 en energie 15 MV. Groen: Isodosen overeenkomstig de geplande dosis door planningssysteem. Roze: Isodosen overeenkomstig de gereconstrueerde dosis op basis van EPID-metingen. Links: bestraling op gantryhoek 90. Rechts: bestraling op gantryhoek 180. Bij het uitvoeren van transit-metingen zijn de hulpstukken en het hoofdfantoom aanwezig in de stralingsbundel. Naast de invloed van de hulpstukken op een gantryhoek van 180 is er dus eveneens een effect te verwachten bij bundels die bij het uittreden een hulpstuk doorkruisen zoals op een gantryhoek van 0. Dit zorgt ervoor dat er minder goede resultaten worden bekomen op een gantryhoek van 0 voor transit-metingen in vergelijking met pretreatmentmetingen. De resultaten voor bundels gestraald op een gantryhoek van 90 vertoonden, net zoals bij de pretreatment-metingen, de minst slechte resultaten. Dit kan opnieuw een aanwijzing zijn dat de gecreëerde luchtspleet bij de dosisberekening en de dosisreconstructie de oorzaak van de afwijkende resultaten is. Bij analyse van de transit-metingen werd in het verloop van de 2D isodosen in het sagittale vlak verschillende drops waargenomen. De aanwezigheid van deze drops verwijst naar plaatsen waar minder dosis wordt afgezet ten opzichte van de direct omliggende punten. Deze drops worden zowel waargenomen in de isodosen van de geplande dosis (groen) als in deze van de gereconstrueerde dosis (roze) (Figuur 27). Ook in het isocentrisch dosisprofiel volgens de longitudinale (Y-as) worden deze drops waargenomen (Figuur 39). De oorzaak van het 48

56 voorkomen van deze drops is attenuatie van de stralingsbundel door de aanwezigheid van het hoofdfantoom en de hulpstukken tijdens de opname van transit-metingen. Fig. 27: Isodoselijnen van geplande (groen) en de gereconstrueerde dosis (roze) in sagittale vlak met aanwezigheid van de drops in hun verloop. Blauw: zone met een dosis gelijk aan 100% isodose. a) Steun 3 blok 20 mm, trial: 15x15_6MV_0. b) Steun 3 blok 20 mm, trial: 15x15_15MV_ Besluit De integratie van de hulpstukken in het planningssysteem is belangrijk voor de nauwkeurigheid van de toediening van de dosis aan de patiënt. De integratie van de hulpstukken in de dosisreconstructie is enkel belangrijk om de dosimetrische kwaliteitscontrole binnen nauwere grenzen uit te voeren. Op basis van dit onderzoek kan men besluiten dat er in de toekomst verder onderzoek moet plaatsvinden naar de invloed het luchtvolume dat ontstaat door het niet intekenen van het schuimgedeelte op beide dosisberekeningsplatformen. Een optimalisatie van het geïmplementeerde model van de hulpstukken bij de planning en bij de dosisreconstructie is eveneens noodzakelijk. In de toekomst kan men opteren voor de ontwikkeling van een automatisch model waarbij men de reële densiteit van de hulpstukken kan overnemen tijdens de planning en bij de dosisreconstructie. Momenteel is het niet mogelijk om de densiteit van de hulpstukken op basis van de CT-beelden over te nemen. Dit doordat bij de positionering van de patiënt tijdens een CT-opname vaak gebruik wordt gemaakt van hardere hulpstukken met grotere densiteit ten opzichte van de hulpstukken die men gebruikt voor de immobilisatie van de patiënt tijdens de radiotherapie. 49

57 5. Referenties 1: A. Jemal, F. Bray, et al. (2011). Global cancer statistics. A cancer journal for clinicians. 61; : D. Hanahan, R. Weinberg. (2000). The hallmarks of cancer. Cell. 100; : R. Baskar, K. Lee, et al. (2012). Cancer and radiation therapy: current advances and future directions. International journal of medical sciences. 9; : D. Eriksson, T. Stigbrand. (2010). Radiation-induces cell death mechanisms. Tumor biology. 31; : Prof. C. De Wagter. (2015). Cursus, Radiotherapie: technologie en patiëntdosimetrie. 6: S. Bhide, C. Nutting. (2010). Advances in radiotherapy for head and neck cancer. Oral oncology. 46; : MAASTRO. (2009). MISTIR. (Online). (gelezen op 19/04/2016). 8: J. Marks, A. Haus. (1976). The effect of immobilisation on localisation error in the radiotherapy of head and neck cancer. Clinical radiology. 27; : G. Bentel, L. Marks, et al. (1995). A customized head and neck support system. International journal of radiation oncology biology physics. 32; : Orfit Industries n.v. (2011). Orfit. (online). (gelezen op 28/09/2015). 11: S. Vieira, R. Kaatee, et al. (2003). Two-dimensional measurement of photon beam attenuation by the treatment couch and immobilization devices using an electronic portal imaging device. Medical physics. 30; : W. van Elmpt, L. McDermott, et al. (2008). A literature review of electronic portal imaging for radiotherapy dosimetry. Radiotherapy and oncology. 88; : P. Ravindran. (2007). Dose optimisation during imaging in radiotherapy. Biomedical imaging and intervention journal : W. Scarfe, A. Farman, et al. (2008). What is cone-beam CT and how does it work? The dental clinics of north America. 52; : L. Antonuk. (2002). Electronic portal imaging devices: a review and historical perspective of contemporary technologies and research. Physics in medicine and biology. 47; R31-R65. 16: W. van Elmpt, S. Nijsten, et al. (2008). The next step in patient-specific QA: 3D dose verification of conformal and intensity-modulated RT based on EPID dosimetry and monte carlo dose calculations. Radiotherapy and oncology. 86; : T. Yeung, K. Bortolotto, et al. (2005). Quality assurance in radiotherapy: evaluation of errors and incidents recorded over a 10 year period. Radiotherapy and oncology. 74; : L. McDermott, R. Louwe, et al. (2003). Dose-response and ghosting effects of an amorphous silicon electronic portal imaging device. Medical physics. 31; : Tutorial on portal imaging. (2008). UCSF. (online). (geraadpleegd op 10/10/2015). 20: W. Renner, K. Norton, et al. (2005). A method for deconvolution of integrated electronic portal images to obtain incident fluence for dose reconstruction. Journal of applied clinical medical physics. 6; : D. Low, W. Harms, et al. (1998). A technique for the quantitative evaluation of dose distributions. Medical physics. 25; : Prof. K. Bacher. (2015). Cursus: Medische beeldvorming. 23: A. De Puysseleyr. (2016). Absorbed dose in the build-up region in modern megavoltage photon radiotherapy (doctoraal proefschrift). Gent: Universiteit Gent. 24: S. Berry, C. Polvorosa, et al. (2014). Initial clinical experience performing patient treatment verification with an electronic portal imaging device transit dosimeter. International journal of radiation oncology biology physics. 88; : Prof. K. Deblaere. (2015). Cursus: Medische beeldvorming. 26: A. Ahnesjö. (1989). Collapsed cone convolution of radiant energy for photon dose calculation in heterogeneous media. Medical physics. 16; : J. Carl, A. Vestergaard, et al. (2000). Skin damage probabilities using fixation materials in high-energy photon beams. Radiotherapy and oncology. 55; : B. De Ost, J. Vanregemorter, et al. (1997). The effect of carbon fibre inserts on the build-up and attenuation of high energy photon beams. Radiotherapy and oncology. 45; : A. Olch, L. Gerig, et al. (2014). Dosimetric effects caused by couch tops and immobilization devices: report of AAPM task group 176. Medical physics. 6; : C. Irvine, A. Morgan, et al. (2004). The clinical implications of the collapsed cone planning algorithm. Clinical oncology. 16; : S. Oyewale. (2013). Dose prediction accuracy of collapsed cone convolution superposition algorithm in a multi-layer inhomogeneous phantom. International journal of cancer therapy and oncology. 1;

58 6. Bijlage Bijlage 1: Fig. 28: Zijaanzicht Steun 3. Fig. 29: Wedge 9: Zijaanzicht wigvormige steunblok van de hoofdsteun. Fig. 30: Blok 20 mm: Zijaanzicht balkvormige steunblok van de hoofdsteun.

59 A Bijlage 2: Berekening isodoselijnen Pinnacle, Steun 3 blok 20 mm Gantryhoek: 90 B Fig. 31: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met een energie van 6 MV bij aanwezigheid van hulpstukken in stralingsbundel op gantryhoek 90. Rode cirkel: Isocentrum. Blauw: ingetekende structuur steunblok van hoofdsteun. Groen: ingetekende structuur bevestigingsplaat. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ). A

60 B Fig. 32: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met een energie van 15 MV bij aanwezigheid van hulpstukken in stralingsbundel op gantryhoek 90. Rode cirkel: Isocentrum. Blauw: ingetekende structuur steunblok van hoofdsteun. Groen: ingetekende structuur bevestigingsplaat. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ).

61 Bijlage 3: Berekening isodoselijnen Pinnacle, Steun 3 wedge 9 Tabel 15: Kleurencode isodoselijnen. 2.0 Gy 1.9 Gy 1.8 Gy 1.6 Gy 1.5 Gy 1.4 Gy 1.3 Gy 1.2 Gy 1.0 Gy 0.3 Gy A Gantryhoek: 0 B Fig. 33: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met een energie van 6 MV bij aanwezigheid van hulpstukken in stralingsbundel op gantryhoek 0. Ontstaan isodoses in ingetekende structuren van steunblok van hoofdsteun (blauw) en basisplaat (groen) na toekennen van densiteit (Reeks B). Rode cirkel: Isocentrum. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ). A

62 B Fig. 34: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met 15MV bij aanwezigheid van hulpstukken in stralingsbundel op gantryhoek 0. Ontstaan isodoses in ingetekende structuren van steunblok van hoofdsteun (blauw) en basisplaat (groen) na toekennen van densiteit (Reeks B). Rode cirkel: Isocentrum. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ). A Gantryhoek: 90 B Fig. 35: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met een energie van 6 MV bij aanwezigheid van hulpstukken in stralingsbundel op gantryhoek 90. Rode cirkel: Isocentrum. Blauw: ingetekende structuur steunblok van hoofdsteun. Groen: ingetekende structuur bevestigingsplaat. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ).

63 A B Fig. 36: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met een energie van 15 MV bij aanwezigheid van hulpstukken in stralingsbundel op gantryhoek 90. Rode cirkel: Isocentrum. Blauw: ingetekende structuur steunblok van hoofdsteun. Groen: ingetekende structuur bevestigingsplaat. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ). A Gantryhoek: 180

64 B Fig. 37: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met een energie van 6 MV bij aanwezigheid van hulpstukken in stralingsbundel op gantryhoek 180. Ontstaan isodoses in ingetekende structuren van steunblok van hoofdsteun (blauw) en basisplaat (groen) na toekennen van densiteit (Reeks B). Rode cirkel: Isocentrum. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ). A B Fig. 38: Pinnacle: Isodoselijnen bij bestraling met een energie van 15 MV bij aanwezigheid van hulpstukken in stralingsbundel op gantryhoek 180. Ontstaan isodoses in ingetekende structuren van steunblok van hoofdsteun (blauw) en basisplaat (groen) na toekennen van densiteit (Reeks B). Rode cirkel: Isocentrum. Reeks A: Densiteit hulpstukken = 0 g/cm 3. Reeks B: Densiteit hulpstukken = g/cm 3. Links naar rechts: toenemende veldgrootte (5x5 cm 2 / 10x10 cm 2 / 15x15 cm 2 ).

65 Bijlage 4: Pretreatment bestraling Oktober 2015 Gamma-slaagpercentages in 3 orthogonale vlakken door het isocentrum: Tabel 16: Gamma-slaagpercentage (%). Rood: waarden die niet voldoen aan het pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Steun 3 blok 20 mm Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 1.46) % 5x5_6MV_ % % % (± 0.48) % 5x5_6MV_ % % % (± 1.49) % 10x10_6MV_ % % % (± 1.65) % 10x10_6MV_ % % % (± 0.55) % 10x10_6MV_ % % % (± 2.44) % 15x15_6MV_ % % % (± 1.09) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.94) % 15x15_6MV_ % % % (± 4.09) % 5x5_15MV_ % % % (± 1.72) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.81) % 5x5_15MV_ % % % (± 1.90) % 10x10_15MV_ % % % (± 1.09) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.75) % 10x10_15MV_ % % % (± 5.68) % 15x15_15MV_ % % % (± 1.70) % 15x15_15MV_ % % % (± 2.79) % 15x15_15MV_ % % % (± 6.94) % Steun 3 wedge 9 Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 0.64) % 5x5_6MV_ % % % (± 0.75) % 5x5_6MV_ % % % (± 1.00) % 10x10_6MV_ % % % (± 1.09) % 10x10_6MV_ % % % (± 0.32) % 10x10_6MV_ % % % (± 3.34) % 15x15_6MV_ % % % (± 1.01) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.24) % 15x15_6MV_ % % % (± 3.43) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.76) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.59) % 5x5_15MV_ % % % (± 3.76) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.28) % 10x10_15MV_ % % % (± 1.63) % 10x10_15MV_ % % % (± 7.01) % 15x15_15MV_ % % % (± 2.04) % 15x15_15MV_ % % % (± 3.27) % 15x15_15MV_ % % % (± 8.23) %

66 Gantryhoek: 0 : Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 0 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse, met uitzondering van het plan gestraald op een gantryhoek van 0 met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 90 : Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 90 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) aan de pass-rate van minimum 95 % voor de gamma-analyse, met uitzondering van het coronaal vlak bij het plan gestraald op een gantryhoek van 90 met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 180 : De meerderheid van de behaalde scores van de drie vlakken voldoen niet aan de passrate van minimum 95% voor de gamma-analyse. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 6 MV versus 15 MV: Bij plannen gestraald met lage energie (6 MV) worden gemiddelde hogere slaagpercentages behaald dan bij de plannen gestraald met hoge energie (15 MV). Dit is waarneembaar voor beide combinaties van hoofdsteunen. Veldgrootte: De gemiddelde slaagpercentages voor de gamma-analyse over de drie vlakken nemen af met toenemende veldgrootte. Dit is waarneembaar voor beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen. Gamma-slaagpercentage: Gamma-Volume-Histogrammen: Tabel 17: Slaagpercentage gamma-volume-histogram(gvh) skin (%). Rood: waarden die niet voldoen aan het pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Trial/ Slaagpercentage (%) Steun 3 blok 20 mm Steun 3 wedge 9 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % %

67 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % Bij de hoofsteuncombinaties Steun 3 blok 20 mm voldoen de plannen gestraald op een gantryhoek van 180 (met uitzondering van de plannen gestraald met veldgrootte 5x5 cm 2 ), de plannen gestraald met een veldgrootte 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV en het plan gestraald op een gantryhoek van 0 met een veldgrootte van 10x10 cm 2 met een energie van 15 MV niet aan het minimum van 95% voor de gamma-analyse voor de huidomtrek van het hoofdfantoom. Bij de hoofdsteuncombinaties Steun 3 wedge 9 voldoen de plannen gestraald op een gantryhoek van 180 (met uitzondering van de plannen gestraald met veldgrootte 5x5 cm 2 met een energie van 6 MV), de plannen gestraald met een veldgrootte 10x10 cm 2 met een energie van 15 MV, de plannen gestraald met een veldgrootte 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV en het plan gestraald op een gantryhoek van 0 met een veldgrootte van 10x10 cm 2 met een energie van 15 MV niet aan het minimum van 95% voor de gamma-analyse voor de huidomtrek van het hoofdfantoom.

68 Bijlage 5: Pretreatment bestraling Maart 2016 Gamma-slaagpercentage in 3 orthogonale vlakken door het isocentrum: Tabel 18: Gamma-slaagpercentage (%). Rood: waarden die niet voldoen aan het pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Steun 3 blok 20 mm Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 0.90) % 5x5_6MV_ % % % (± 0.36) % 5x5_6MV_ % % % (± 1.38) % 10x10_6MV_ % % % (± 1.52) % 10x10_6MV_ % % % (± 0.32) % 10x10_6MV_ % % % (± 0.05) % 15x15_6MV_ % % % (± 1.12) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.51) % 15x15_6MV_ % % % (± 4.16) % 5x5_15MV_ % % % (± 1.15) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.52) % 5x5_15MV_ % % % (± 3.84) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.78) % 10x10_15MV_ % % % (± 2.08) % 10x10_15MV_ % % % (± 6.76) % 15x15_15MV_ % % % (± 2.46) % 15x15_15MV_ % % % (± 4.61) % 15x15_15MV_ % % % (± 8.18) % Steun 3 wedge 9 Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 0.73) % 5x5_6MV_ % % % (± 0.41) % 5x5_6MV_ % % % (± 1.09) % 10x10_6MV_ % % % (± 1.10) % 10x10_6MV_ % % % (± 0.35) % 10x10_6MV_ % % % (± 3.42) % 15x15_6MV_ % % % (± 1.26) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.15) % 15x15_6MV_ % % % (± 4.25) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.98) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.87) % 5x5_15MV_ % % % (± 2.97) % 10x10_15MV_ % % % (± 1.09) % 10x10_15MV_ % % % (± 1.92) % 10x10_15MV_ % % % (± 7.01) % 15x15_15MV_ % % % (± 3.56) % 15x15_15MV_ % % % (± 4.36) % 15x15_15MV_ % % % (± 9.50) %

69 Gantryhoek: 0 : Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 0 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse, met uitzondering van het plan gestraald op een gantryhoek van 0 met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 90 : Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 90 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse, met uitzondering van het coronaal en sagittaal vlak bij het plan gestraald op een gantryhoek van 90 met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV bij de hoofdsteuncombinatie Steun 3 blok 20 mm en het coronaal vlak bij het plan gestraald op een gantryhoek van 90 met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV bij de hoofsteuncombinatie Steun 3 wedge : Bij de hoofdsteuncombinatie Steun 3 blok 20 mm voldoen de plannen gestraald met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met beide energieën en het plan gestraald met een veldgrootte van 10x10 cm 2 met een energie van 15 MV niet aan de pass-rate van minimum 95% voor de gammaanalyse. Bij de hoofdsteuncombinatie Steun 3 wedge 9 voldoen de plannen gestraald met een veldgroote van 15x15 cm 2 met beide energieën en de plannen gestraald met een veldgrootte van 10x10 cm 2 met beide energieën niet aan de pass-rate van minimum 95% voor de gammaanalyse. 6 MV versus 15 MV: Bij plannen gestraald met lage energie (6 MV) worden gemiddelde hogere slaagpercentages behaald dan bij de plannen gestraald met hoge energie (15 MV). Dit is waarneembaar voor beide combinaties van hoofdsteunen. Veldgrootte: De gemiddelde slaagpercentages voor de gamma-analyse over de drie vlakken nemen af met toenemende veldgrootte. Dit is waarneembaar voor beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen.

70 Gamma-slaagpercentage: Gamma-Volume-Histogrammen: Tabel 19: Slaagpercentage gamma-volume-histogram(gvh) skin (%). Rood: waarden die niet voldoen aan het pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Trial/ Slaagpercentage (%) Steun 3 blok 20 mm Steun 3 wedge 9 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % Bij de hoofdsteuncombinaties Steun 3 blok 20 mm voldoen de plannen gestraald op een gantryhoek van 180 (met uitzondering van de plannen gestraald met veldgrootte 5x5 cm 2 met een energie van 6 MV), de plannen gestraald met een veldgrootte 10x10 cm 2 met een energie van 15 MV, de plannen gestraald met een veldgrootte 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV niet aan het minimum van 95% voor de gamma-analyse voor de huidomtrek van het hoofdfantoom. Bij de hoofdsteuncombinaties Steun 3 wedge 9 voldoen de plannen gestraald op een gantryhoek van 180 (met uitzondering van de plannen gestraald met veldgrootte 5x5 cm 2 ), de plannen gestraald met een veldgrootte 10x10 cm 2 met een energie van 15 MV, de plannen gestraald met een veldgrootte 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV niet aan het minimum van 95% voor de gamma-analyse voor de huidomtrek van het hoofdfantoom.

71 Bijlage 6: Densiteit hoofdfantoom in Pinnacle en Dosimetry Check: 1.02 g/cm 3 Gamma-slaagpercentages in 3 orthogonale vlakken door het isocentrum: Tabel 20: Gamma-slaagpercentage (%). Rood: waarden die niet voldoen aan het pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Steun 3 blok 20 mm Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 0.89) % 5x5_6MV_ % % % (± 0.47) % 5x5_6MV_ % % % (± 1.43) % 10x10_6MV_ % % % (± 1.59) % 10x10_6MV_ % % % (± 0.41) % 10x10_6MV_ % % % (± 2.80) % 15x15_6MV_ % % % (± 1.23) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.71) % 15x15_6MV_ % % % (± 4.88) % 5x5_15MV_ % % % (± 1.19) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.80) % 5x5_15MV_ % % % (± 3.34) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.92) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.84) % 10x10_15MV_ % % % (± 5.03) % 15x15_15MV_ % % % (± 0.92) % 15x15_15MV_ % % % (± 3.21) % 15x15_15MV_ % % % (± 6.33) % Steun 3 wedge 9 Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 0.71) % 5x5_6MV_ % % % (± 0.45) % 5x5_6MV_ % % % (± 1.71) % 10x10_6MV_ % % % (± 1.07) % 10x10_6MV_ % % % (± 0.28) % 10x10_6MV_ % % % (± 3.59) % 15x15_6MV_ % % % (± 1.16) % 15x15_6MV_ % % % (± 0.30) % 15x15_6MV_ % % % (± 5.22) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.92) % 5x5_15MV_ % % % (± 0.94) % 5x5_15MV_ % % % (± 3.92) % 10x10_15MV_ % % % (± 0.22) % 10x10_15MV_ % % % (± 1.95) % 10x10_15MV_ % % % (± 6.42) % 15x15_15MV_ % % % (± 0.97) % 15x15_15MV_ % % % (± 4.05) % 15x15_15MV_ % % % (± 7.19) %

72 Gantryhoek: 0 : Plannen gestraald op een gantryhoek van 0 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) aan de pass-rate van minimum 95% voor de gammaanalyse, met uitzondering van het plan gestraald op een gantryhoek van 0 met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 90 : Plannen gestraald op een gantryhoek van 90 voldoen de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse, met uitzondering van het coronaal vlak bij het plan gestraald op een gantryhoek van 90 met veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 180 :Plannen gestaald op een gantryhoek van 180 voldoet de meerderheid van de behaalde scores van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) niet aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse, met uitzondering van de plannen gestraald op een gantryhoek van 180 met een veldgrootte van 5x5 cm 2 en een energie van 6 MV bij beide combinaties van hoofdsteunen en het plan gestraald op een gantryhoek van 180 met een veldgrootte van 5x5 cm 2 en een energie van 15 MV bij de hoofdsteuncombinatie steun 3 blok 20 mm. 6 MV versus 15 MV: Bij plannen waar de hulpstukken een invloed uitoefenen, op een gantryhoek van 180, worden gemiddeld betere resultaten bekomen wanneer er gestraald wordt met een lagere energie (6 MV) dan met een hogere energie (15 MV). Veldgrootte: Bij plannen waar de hulpstukken een invloed uitoefenen, op een gantryhoek van 180, nemen de gemiddelde slaagpercentages voor de gamma-analyses over de drie vlakken duidelijk af met toenemende veldgrootte. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen.

73 Gamma-slaagpercentage: Gamma-Volume-Histogrammen: Tabel 21: Slaagpercentage gamma-volume-histogram(gvh) skin (%). Rood: waarden die niet voldoen aan het pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Trial/ Slaagpercentage (%) Steun 3 blok 20 mm Steun 3 wedge 9 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % Plannen gestraald op een gantryhoek van 180 (met uitzondering van het plan met veldgrootte 5x5 cm 2 gestraald met 6 MV), plannen gestraald met een veldgrootte van 15x15 cm 2 met een energie van 15 MV voldoen niet aan het minimum van 95 % voor de gamma-analyse voor de huidomtrek van het hoofdfantoom. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen.

74 Bijlage 7: Transit analyse Procentueel dosisverschil: Tabel 22: Procentueel dosisverschil (%): Dosimetry Check minus de referentiedosis (cgy) berekend door het planningssysteem in het isocentrum. Groen: Metingen op gantryhoek 0. Geel: Metingen op gantryhoek 90. Oranje: Metingen op gantryhoek 180. Steun 3 blok 20 mm Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % 9.27 % % 5.42 % % % 10x10 cm % % % 5.92 % % % 15x15 cm % % % 5.44 % % 9.19 % Steun 3 wedge 9 Gantryhoek ( ) 6 MV 15 MV 5x5 cm % 8.36 % % 4.93 % % 9.45 % 10x10 cm % 9.21 % % 5.38 % % 9.17 % 15x15 cm % % % 4.97 % % 7.56 % Gantryhoek: De plannen gestraald op een gantryhoek van 0 en 180 vertonen de grootste procentuele dosisverschillen. De plannen gestraald op een gantryhoek van 90 vertonen het kleinste procentueel dosisverschil. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 6 MV versus 15 MV: De plannen gestraald met hogere energie (15 MV) vertonen een kleiner procentueel dosisverschil dan de plannen gestraald met een lagere energie (6 MV). Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Veldgrootte: Het grootste procentueel dosisverschil wordt waargenomen bij de plannen gestraald met een veldgrootte van 10x10 cm 2. Dit komt voor bij beide energieën en beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen. De hoofdsteuncombinatie Steun 3 wedge 9 vertoont betere resultaten dan de hoofdsteuncombinatie Steun 3 blok 20 mm.

75 Gamma-slaagpercentage in 3 orthogonale vlakken door het isocentrum: Tabel 23: Gamma-slaagpercentage (%). Rood: waarden die niet voldoen aan het pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Steun 3 blok 20 mm Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 12.87) % 5x5_6MV_ % % % (± 6.67) % 5x5_6MV_ % % % (± 12.66) % 10x10_6MV_ % % % (± 15.91) % 10x10_6MV_ % 60.88% % (± 7.55) % 10x10_6MV_ % % % (± 8.35) % 15x15_6MV_ % % % (± 20.10) % 15x15_6MV_ % % % (± 7.43) % 15x15_6MV_ % % % (± 8.72) % 5x5_15MV_ % % % (± 11.78) % 5x5_15MV_ % % % (± 4.30) % 5x5_15MV_ % % % (± 12.54) % 10x10_15MV_ % % % (± 10.45) % 10x10_15MV_ % % % (± 2.97) % 10x10_15MV_ % % % (± 4.82) % 15x15_15MV_ % % % (± 12.59) % 15x15_15MV_ % % % (± 3.67) % 15x15_15MV_ % % % (± 5.66) % Steun 3 wedge 9 Trial/ Slaagpercentage Transversaal vlak door het isocentrum Coronaal vlak door het isocentrum Sagittaal vlak door het isocentrum Gemiddelde over de drie vlakken 5x5_6MV_ % % % (± 12.54) % 5x5_6MV_ % % % (± 6.60) % 5x5_6MV_ % % % (± 11.56) % 10x10_6MV_ % % % (± 14.59) % 10x10_6MV_ % % % (± 6.56) % 10x10_6MV_ % % % (± 5.99) % 15x15_6MV_ % % % (± 21.38) % 15x15_6MV_ % % % (± 5.14) % 15x15_6MV_ % % % (± 9.11) % 5x5_15MV_ % % % (± 9.91) % 5x5_15MV_ % % % (± 3.64) % 5x5_15MV_ % % % (± 10.98) % 10x10_15MV_ % % % (± 9.68) % 10x10_15MV_ % % % (± 3.92) % 10x10_15MV_ % % % (± 3.47) % 15x15_15MV_ % % % (± 15.80) % 15x15_15MV_ % % % (± 1.97) % 15x15_15MV_ % % % (± 5.88) %

76 Gantryhoek: 0 /180 : De behaalde score van de drie vlakken (transversaal, coronaal en sagittaal) voldoen niet aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 90 : Bij het plan gestraald met een veldgrootte van 5x5 cm 2, met een energie van 15 MV en gantryhoek van 90 voldoet enkel de behaalde score in het sagittale vlak aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyses. Bij de rest van de gestraalde plannen voldoen de behaalde scores van de drie vlakken niet. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. 6 MV versus 15 MV: Bij de plannen waar de hulpstukken een invloed uitoefenen, op een gantryhoek van 180, worden gemiddeld betere resultaten bekomen wanneer er gestraald wordt met een hogere energie (15 MV) dan met een lagere energie (6 MV). Veldgrootte: De plannen gestraald met een veldgrootte van 10x10 cm 2 vertonen het laagste gemiddelde slaagpercentage voor de gamma-analyses, dit voor beide energieën en beide combinaties van hoofdsteunen. Steun 3 blok 20 mm versus Steun 3 wedge 9: Voor beide combinaties van hoofdsteunen worden verschillende resultaten bekomen. Gamma-slaagpercentage: Gamma-Volume-Histogrammen: Tabel 24: Slaagpercentage gamma-volume-histogram(gvh) skin (%). Rood: waarden die niet voldoen aan het pass-fail criteria waarbij minstens 95% van alle punten in het 2D vlak een gamma-waarde moeten behalen die kleiner is dan 1. Trial/ Slaagpercentage (%) Steun 3 blok 20 mm Steun 3 wedge 9 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 5x5_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 10x10_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 15x15_6MV_ % % 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 5x5_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % % 10x10_15MV_ % %

77 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % 15x15_15MV_ % % Enkel het plan gestraald met een veldgrootte van 5x5 cm 2, met een energie van 15 MV en een gantryhoek van 90 voldoet aan de pass-rate van minimum 95% voor de gamma-analyse voor de huidomtrek van het hoofdfantoom. Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen. Isocentrische dosisprofielen: Y-as (superior-inferior): Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 0 en 180 vertoont het dosisverloop volgens de Y-as verschillende drops. Deze drops komen voor bij trials met een veldgrootte van 10x10 cm 2 en 15x15 cm 2 en dit voor beide energieën (6 MV en 15 MV). De drops zijn meer uitgesproken bij plannen gestraald met een lage energie (6 MV) dan bij de plannen gestraald met een hoge energie (15 MV). De drops worden eveneens waargenomen in de 2Disodoselijnen in het sagittale vlak. Dit wordt waargenomen bij beide combinaties van hoofdsteunen. Fig. 39: Isocentrische dosisprofielen volgende de longitudinale (Y-) as met aanwezigheid van drop(s) in het dosisverloop van de gereconstrueerde dosis (volle lijn). a) Steun 3 blok 20 mm, trial: 15x15_6MV_0. b) Steun 3 blok 20 mm, trial: 15x15_15MV_10. Z-as (anterior-posterior): Bij plannen gestraald op een gantryhoek van 0 en 180 vertoont het isocentrisch dosisprofiel van de voorspelde dosis (stippellijn) volgens de Z-as een uniek verloop ten opzichte van de gereconstrueerde dosis (volle lijn). Dit komt voor bij alle trials op deze gantryhoeken, voor alle veldgroottes (5x5 cm 2, 10x10 cm 2 en 15x15 cm 2 ) en beide energieën (6 MV en 15 MV). Dit komt voor bij beide combinaties van hoofdsteunen.

78 Fig. 40: Dosisprofiel volgens de Z-as met aanwezigheid van een afwijkend verloop van de voorspelde dosis door het planningssysteem (stippellijn) ten opzichte van het verloop van de gereconstrueerde dosis (volle lijn). a) Steun 3 blok 20 mm, trial: 5x5_15MV_0. b) Steun 3 blok 20 mm, trial: 5x5_15MV_180. X-as (links-rechts): Bij beide combinaties van hoofdsteunen wordt het dosisverloop volgens de X-as breder met toenemende veldgrootte. Dit komt voor bij alle plannen voor alle veldgroottes (5x5 cm 2, 10x10 cm 2 en 15x15 cm 2 ), voor beide energieën (6 MV en 15 MV) en alle gantryhoeken (0, 90 en 180 ). Fig. 41: Dosisprofiel volgens de X-as. Links: veldgrootte 5x5 cm 2. Midden: 10x10 cm 2. Rechts: veldgrootte: 15x15 cm 2. Steun 3 wedge 9, trial: 15MV_0.

79 2D gamma-analyses in 3 orthogonale vlakken door het isocentrum: Fig. 42: Overzicht van coupes in de drie richtingen; Steun 3 blok 20 mm, 10x10_6MV. Rood: zones met gamma-waarde hoger dan 1, met een hogere gereconstrueerde dosis ten opzichte van de geplande dosis. Blauw: zones met gamma-waarde hoger dan 1, met een hogere geplande dosis ten opzichte van de gereconstrueerde dosis. Boven: transversaal. Midden: coronaal. Onder: sagittaal. Links naar rechts: verschillende gantryhoeken: 0 / 90 / 180. Alle plannen gestraald in transit-mode vertonen regio s met overdosage (rode zones). Deze regio s komen voor bij alle veldgroottes (5x5 cm 2, 10x10 cm 2 en 15x15 cm 2 ), bij beide energieën (6 MV en 15 MV) en alle gantryhoeken (0, 90 en 180 ). Overdosage is het meest uitgesproken op gantryhoeken van 0 en 180. Regio s met onderdosage (blauwe zones) zijn minder voorkomend. Deze regio s zijn meestal gelegen net buiten het stralingsveld.