The measurement and comparison of dosimetry parameters of Orion (4 MV) lineer accelerators after magnetron changes

Abstract

AMAÇ

Bölümümüzde bulunan GE marka Orion 5 model lineer akseleratör cihazı 1998 yılında kuruldu. Kurulumdan itibaren günümüze kadar cihazda oluşan farklı teknik sorunlar nedeniyle magnetron değişimleri gerçekleştirildi; ancak orijinal kurulumdan herhangi bir sapma, ışın parametrelerinde spesifik değişikliklere neden olabilir. Bu yüzden değişimi gerçekleştirilen beş magnetron için tüm magnetron değişimlerinden sonra ışın parametreleri ölçüldü ve değerlendirildi.

GEREÇ VE YÖNTEM

Kalite indeksi (TPR20/10), derin doz (%DD), açık alan doz profili, doz verimi, wedge faktörü ölçümleri yapıldı. Ölçüm verileri standart değerlerle ve kullanılan referansla karşılaştırıldı.

BULGULAR

Ayarlanan TPR20/10 değerlerinin BJR Supplement 25 verileriyle en çok %0.6; %DD, doz verimi, doz profil ve wedge filtre geçirgenliklerinin en çok %2.0 içerisinde değiştiği belirlendi.

SONUÇ

Tüm magnetron değişimlerinden sonra yapılan ölçüm sonuçlarının tamamen aynı olmadığı ancak sonuçların kabul edilebilir limitler içerisinde olduğu görüldü.

Introduction Hastada farklı klinik target volümlerde tanımlanan dozun tedavi sırasında hedef volüme doğrulukla verilebilmesi, tümör kontrolü ve normal doku komplikasyonlarının önlenmesi; dozdaki belirsizliğin en aza indirilmesi ile doğrudan ilişkilidir.[1] Bu ancak tüm basamaklarda nitelik temini ve kalite kontrol prosedürlerinin uygulanması ile mümkündür.[1,2] Nitelik temini programları için öncelikle dozimetrik donanıma sahip olmak, kullanılan dozimetrik protokole göre ışının kalibre edilmesi, fantomda merkezi eksende rölatif doz dağılımının belirlenmesi, doz dağılımı ( wedge ya da kompansatöre bağlı düzeltme faktörlerinin tedavinin farklı koşulları için saptanması) hesaplarının verifiye edilmesi, düzenli aralıklarla ve tedavi cihazına her girişimden sonra ışının stabilitesinin kontrol edilmesi gereklidir.[1] Kalite kontrol programı hazırlanırken öncelikle cihazdan istenen standart koşulların saptanması gereklidir. Klinikte kullanılmakta olan cihazlar için kabul testlerine benzer testler yapılarak referans kriterler belirlenebilir. Cihazlarda önemli bir onarım yapılmışsa klinik kullanıma geçmeden önce kapsamlı testlerin yapılması uygun olacaktır.[1-3]

Tedavi cihazları arasında önemli bir yere sahip olan lineer hızlandırıcılar radyoterapide yaygın olarak kullanılmaktadır. Lineer hızlandırıcı, yüksek frekanslı elektromanyetik dalgaları kullanarak elektronları doğrusal tüp boyunca yüksek enerjilere hızlandıran cihazdır. Bütün lineer hızlandırıcılarda enjektör (elektron tabancası veya kaynağı), mikro dalga üreteci ile beslenen birkaç bölümden oluşan dalga kılavuzu, mikrodalga üreteci ile (düşük enerjilerde mikrodalga gücü genellikle magnetron kullanılarak, yüksek enerjili hızlandırıcılarda ise klistron kullanılarak elde edilir), mikrodalga üretecine enerji sağlayan modülatörler, elektronu durdurup X-ışını üretebilmek için hedef gibi başlıca ekipmanlardan oluşur. Modülatörde depolanan elektirik akımı, bir kontrol sistemi vasıtası ile belli aralıklarla (50 ila 200 Hz frekansında) titreşimin oluşturulacağı klistron veya magnetron adı verilen kısma ve aynı zamanda elektron tabancasına gönderilir. Lineer hızlandırıcı çalışma işleyişi içerisinde magnetron, magnetik saha içerisinde, yüksek voltajı elektomagnetik dalgaya dönüştümesi nedeniyle önemli bir yapıdır. Magnetronda üretilen pulslu mikrodalgalar hızlandırıcı tüpüne enjekte edilirken eş zamanlı olarak elektron tabancası tarafından üretilen elektronlar hızlandırıcı yapının içine enjekte edilerek elektromanyetik alan içinde hızlandırılırlar. Hızlandırılmış elektronlar doğrudan doğruya targete çarptırılır ve X-ışınları elde edilir.[4-7]

Lineer hızlandırıcılar için foton ve elektron ışınlarında mekanik, elektrik ve geometrik kontrollerin yanısıra su fantomu ya da diğer dozimetrik teknikler kullanılarak yapılması gerekli olan demet kalitesi (TPR20/10), % derin doz, profil düzgünlüğü, doz verimi değişimi için tolerans değerleri AAPM Task Group 40'da belirtilmiştir. Ancak cihazlarda zaman içerisinde meydana gelebilecek arızalar sonrası değişen yedek parçalar için yapılması gerekli kontrollerle ilgili net bir tanımlama yapılmamıştır.

Bölümümüzde 1998 yılında montajı yapılan 4 MV nominal enerjiye sahip olan GE marka Orion 5 (GE Medical Systems, Buc, Fransa) model lineer hızlandırıcı cihazında oluşan teknik arızalar ve dozimetrik sorunlar nedeniyle beş defa magnetron yenisi ile değiştirildi. Cihazda ilk üç arızada sadece magnetron değişimi yapıldı. Diğer herhangi bir komponentte değişiklik yapılmadı. Ancak 4. değişimde magnetronla birlikte dalga kılavuzu değişimi, 5. değişimde magnet değişimi de gerçekleştirildi. Şu anda cihazda halen montajlı bulunan magnetronla birlikte beş magnetron için ölçümler alındı. Magnetron gibi cihaza ait önemli bileşenlerden biri arıza sonrası yenisiyle değiştirildiğinde değişim sonrası için cihazda oluşabilecek performans değişikliği ihtimali için teknik servis tarafından magnetron montajı ve tüm ayarlamaları yapıldıktan sonra cihazın dozimetrik değerlendirmesi için ölçümler yapıldı. İlk kabul testlerindeki değerler referans olarak kabul edilerek değiştirilen magnetronun ve diğer donanımların cihazın dozimetrik performansı üzerine etkisi incelendi ve sonuçları değerlendirildi.

Methods GE marka Orion 5 model lineer hızlandırıcı cihazı nda magnetron değişimlerinden sonra üretilen X-ışınına ait demet kalitesini belirlemek için katı fantom ölçümleri yapıldı. Demet kalitesi TPR^20/10 için; 10x10 cm alan açıklığında, SAD 100 cm mesafede 20 ve 10 cm derinlikte okuma değerleri alındı. Ölçümlerde PTW Unidos (PTW Freiburg, Freiburg, Almanya) dozimetre ve PTW 1881 0.6 cc (PTW Freiburg, Freiburg, Almanya) iyon odası, RW-3 (PTW Freiburg, Freiburg, Almanya) katı su fantomu kullanıldı.

Derin doz ölçümleri ve doz profil değerlendirmeleri için bu parametrelerin elde edilmesinde ve ölçülmesinde kullanılan WP-700 Wellhöfer (ScanditronixWellhöfer, Schwarzenbruck, Almanya) su fantomundan yararlanıldı. Yüzde derin doz ölçümleri (%DD) SSD: 100 cm, 10x10 cm alan boyutunda yapıldı. Doz profil değerleri için SSD: 100 cm, 10x10 cm alan boyutunda, 1(dmax derinliği), 5, 10, 20 cm derinliklerde ölçümler alındı.

Doz verimi ve wedge faktörü ölçümleri için PTW Unidos dozimetre ve PTW 1881 0.6 cc iyon odası, RW-3 katı su fantomu kullanıldı. Ölçümler SSD: 100 cm, 5 cm derinlikte yapıldı.

Results Kalite kontrol programı hazırlanırken öncelikle cihazdan istenen standart koşulların saptanması gereklidir. Klinikte kullanılmakta olan cihazlar için kabul testlerine benzer testler yapılarak uygun kriterler belirlenebilir.[2]

Klinikte kullanmakta olduğumuz Orion 5 model lineer hızlandırıcı cihazında montaj sonrası farklı dozimetrik sistemler kullanılarak cihazın dozimetrik performansı belirlenmiş, elde edilen ölçüm değerleri uluslararası kabul görmüş protokollerle karşılaştırılarak kabul testi sırasında elde edilen değerler referans değer olarak kabul edilmiştir.

Lineer hızlandırıcı tarafından üretilen X-ışını için demet kalitesi TPR^20/10 ile belirlenmektedir. İki farklı derinlikte alınan ölçüm değerleri oranlanarak elde edilen TPR^20/10 değerleri Tablo 1'de verildi. Tüm TPR^20/10 değerlerinin cihaz ilk kurulduğunda monte edilmiş olan magnetronla alınan ölçümler referans alınarak %0.0-0.6 arasında olduğu görüldü. Farklı derinliklerde SSD 100 cm'de alınan %DD değerleri Tablo 2'de verildi. Elde edilen tüm değerler referans ve BJR Supplement 25[4] ile karşılaştırıldı. 5 cm derinlikte %0.1-1.6; 10 cm derinlikte %0.4-1.7; 15 cm derinlikte %0.2- 1.7; 20 cm derinlikte %0.0-2.0 arasında olduğu görüldü (Şekil 1).

Tablo 1: TPR20/10 değerleri

Tablo 2: %DD değerleri

Sekil 1: Tüm magnetronlar için %DD'ler.

Tüm magnetronlar için verilen her alanın referans ölçümle karşılaştırıldığında doz verimi faktörlerinde %0.0-1.1 arasında değişim saptandı (Tablo 3, Şekil 2).

Tablo 3: Doz verimi faktörlerine ait değerler

Sekil 2: Tüm magnetronlar için doz verimi faktörleri.

Tüm wedgefiltre açıları için wedge filtre faktörleri hesaplandı. 15º wedge filtre faktörü referans wedge filtre faktörü ile karşılaştırıldığında %0.0-0.7, 30º wedge filtre faktörünün %0.0-0.5, 45º wedgefiltre faktörünün %0.0- 0.6, 60º wedge filtre faktörünün %0.0-0.6 arasında değişim gösterdiği görüldü. Wedgefiltre faktörleri Tablo 4'de verildi.

Ayrıca farklı derinliklerde değişim olup olmadığının tespiti amacıyla 10x10 cm alan boyutu; 1, 5, 10, 20 cm'de alınan profiller tüm magnetron değişimleri sonrası alındı ve tüm profiller üst üste çakıştırılarak Şekil 3'de verildi.

Tablo 4: Wedge filtre faktörleri

Sekil 3: 1(dmax), 5, 10, 20 cm derinliklerde alınan profiller.

Discussion Her cihazın özelliğine uygun ayrı olarak hazırlanmış kalite kontrol programı olmalıdır. Kabul edilen değerler cihazın tanımlanan standartlarda çalışmasının göstergesidir.[9] Cihazın dozimetrik performansı huzme kalitesi, derin dozları, uniformluk bakımından huzme boyunca doz dağılımının karakteri, huzme düzenleyicilerin çıkış ve doz dağılımı üzerindeki etkilerini içermektedir.

Cihazın dozimetrik performans değerlendirmelerinde TPR^20/10 (X-ışını demet kalitesi) değişimi için AAPM Task Group 40'ta belirtilen limit değeri %1.0 olarak belirtilmiş ve bizim ölçüm sonuçlarımızın bu limit içerisinde olduğu görülmüştür.

Derin doz ölçümlerinde %DD değerlerinin, ilk referans ölçüm ve radyoterapide kullanılan cihazlar için merkezi eksen derin doz verilerini içeren BJR Supplement 25 verileriyle uyumlu olduğu görüldü. Ayrıca AAPM Task Group 40'ta belirtilen %2.0 limit değerinden küçük olduğu belirlendi.[2] Arun Kumar ve ark.[10] buna benzer yaptıkları çalışmada 4 MV (Clinac 4, Varian) lineer hızlandırıcı cihazında sorunlu hızlandırıcı yapısı ve magnetron değişimi sonrası aldıkları ölçümleri BJR Supplement 17 verileri ile karşılaştırmışlar ve %2.0 içerisinde bir değişim belirlemişlerdir.[10]

Benzer şekilde her magnetron değişimi sonrası elde edilen doz verimi faktörleri, wedge filtre faktörleri ve farklı derinliklerde alınan doz profillerinin AAPM Task Group 40 ile ve cihazın ilk kurulumu sırasında ölçülmüş olan kabul değerleriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Her magnetron değişimi sonrası aynı dozimetrik ekipman kullanılarak elde edilen ölçüm değerlerinin birbirleriyle tamamen benzer olmadığı, ancak tüm ölçüm değerlerinin ilk referans ölçüm ve AAPM Task Group 40'ta belirtilen limit değerleri içerisinde olduğu görüldü.

References

1) Nath R, Biggs PJ, Bova FJ, Ling CC, Purdy JA, van de Geijn J, et al. AAPM code of practice for radiotherapy accelerators: report of AAPM Radiation Therapy Task Group No. 45. Med Phys 1994;21(7):1093-121.

2) Kutcher GJ, Coia L, Gillin M, Hanson WF, Leibel S, Morton RJ, et al. Comprehensive QA for radiation oncology: report of AAPM Radiation Therapy Committee Task Group 40. Med Phys 1994;21(4):581-618.

3) Williams JR, Thwaites DI. Radiotherapy physics. In: Practice. 2nd ed. Oxford University Press; 2000. p. 32-3.

4) Greene D, Williams PC. Linear accelerators for radiation therapy. 2nd ed. Bristol and Philadelphia: Institute of Physics Publishing; 1997. p. 1-9.

5) Khan FM. The Physics of Radiation Therapy Department of Therapeutic Radiology University of Minnesota. Baltimore: Williams and Wilkins; 1994. p. 52-4.

6) GE CGR MeV Orion Handbook: Operating instructions technical and operating manual. 1-2, 1-3.

7) Kuter S. Yüksek enerjili teleterapi cihazları. İ.Ü. İstanbul Tıp Fakültesi Radyoterapi Kürsüsü; 1975. p. 50-4.

8) British Journal of Radiology Supplement 25, Central Axis Depth Dose Data For Use in Radiotherapy: 1996. p. 86.

9) Aletti P, Bey P. Recommendations for a quality assurance programme in external radiotherapy. Booklet No:2, p. 9-36.

10) Kumar LSA, Davis CA, Padmanabhan V, Nair MK, Arun Kumar LS, Krishnan Nair M. Measurement and verification of beam data of a four MV linear accelerator: after the replacement of a faulty accelerator structure and magnetron. Journal of Medical Physics 1997;22(1):16-9.