Effect of Dose Rate Variation on Dose Distribution in IMRT with a Dynamic Multileaf Collimator

동적다엽콜리메이터를 이용한 세기변조방사선 치료 시 선량분포상의 선량률 변화에 따른 효과

Purpose: To evaluate dose distribution differences when the dose rates are randomly changed in intensity-modulated radiation therapy using a dynamic multileafcollimator. Materials and Methods: Two IMRT treatment plans including small-field and large-field plans were made using a commercial treatment planning system (Eclipse, Varian, Palo Alto, CA). Each plan had three sub-plans according to various dose rates of 100, 400, and 600 MU/min. A chamber array (2D-Array Seven729, PTW-Freiburg) was positioned between solid water phantom slabs to give measurement depth of 5 cm and backscattering depth of 5 cm. Beam deliveries were performed on the array detector using a 6 MV beam of a linear accelerator (Clinac 21EX, Varian, Palo Alto, CA) equipped with 120-leaf MLC (Millenium 120, Varian). At first, the beam was delivered with same dose rates as planned to obtain reference values. After the standard measurements, dose rates were then changed as follows: 1) for plans with 100 MU/min, dose rate was varied to 200, 300, 400, 500 and 600 MU/min, 2) for plans with 400 MU/min, dose rate was varied to 100, 200, 300, 500 and 600 MU/min, 3) for plans with 600 MU/min, dose rate was varied to 100, 200, 300, 400 and 500 MU/min. Finally, using an analysis software (Verisoft 3.1, PTW-Freiburg), the dose difference and distribution between the reference and dose-rate-varied measurements was evaluated. Results: For the small field plan, the local dose differences were -0.8, -1.1, -1.3, -1.5, and -1.6% for the dose rate of 200, 300, 400, 500, 600 MU/min, respectively (for 100 MU/min reference), +0.9, +0.3, +0.1, -0.2, and -0.2% for the dose rate of 100, 200, 300, 500, 600 MU/min, respectively (for 400 MU/min reference) and +1.4, +0.8, +0.5, +0.3, and +0.2% for the dose rate of 100, 200, 300, 400, 500 MU/min, respectively (for 600 MU/min reference). On the other hand, for the large field plan, the pass-rate differences were -1.3, -1.6, -1.8, -2.0, and -2.4% for the dose rate of 200, 300, 400, 500, 600 MU/min, respectively (for 100 MU/min reference), +2.0, +1.8, +0.5, -1.2, and -1.6% for the dose rate of 100, 200, 300, 500, 600 MU/min, respectively (for 400 MU/min reference) and +1.5, +1.9, +1.7, +1.9, and +1.2% for the dose rate of 100, 200, 300, 400, 500 MU/min, respectively (for 600 MU/min reference). In short, the dose difference of dose-rate variation was measured to the -2.4~+2.0%. Conclusion: Using the Varian linear accelerator with 120 MLC, the IMRT dose distribution is differed a little <(${\pm}3%$) even though the dose-rate is changed.

목 적: 동적다엽콜리메이터를 이용한 세기변조방사선 치료 시 선량률 임의 변경 되었을 경우 선량 분포 차와 변화를 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 소조사야와 대조사야의 두 가지 세기변조방사선치료계획을 임상적 치료계획시스템(Eclipse, Varian, Palo Alto, CA)을 이용하여 계획하였다. 각각의 치료계획은 선량률 100, 400, 600 MU/min으로 변화시켜 조사야별 세 종류로 치료계획을 하였다. 측정기 2D-Array (2D-Array Seven729, PTW-Freiburg)는 측정 깊이 0.5 cm를 고려하여 위로 Solid water phantom ($30{\times}30{\times}4.5cm$)와 아래로 후방산란을 고려한 Solid water phantom 5 cm 사이에 위치 시켰다. MLC-120엽을 갖춘 에너지 6 MV 선형가속기(Clinac 21EX, Varian, Palo Alto, CA)를 사용하여 실험하였다. 첫 번째로 선량률 100, 400, 600 MU/min의 치료 계획한 것을 같은 선량률로 측정 하여 각각의 기준값을 얻었다. 1) 선량률 100 MU/min일 때 임의로 200, 300, 400, 500, 600 MU/min로 변화하고, 2) 400 MU/min일 때 100, 200, 300, 500, 600 MU/min으로 변화시켰으며, 3) 600 MU/min일 때 100, 200, 300, 400, 500 MU/min를 측정하였다. 끝으로 분석 프로그램(Verisoft 3.1, PTW-Freiburg)을 이용하여 기준 값과 선량률 변화 시의 선량차와 분포를 평가 하였다. 결 과: 치료 계획한 선량률 100 MU/min, 400 MU/min, 600 MU/min을 치료 계획한 대로 측정한 기준 값은 미세한 선량차를 보였고 선량분포도 일치하였다. 이를 기준 값으로 하여 소조사야에 대해 측정한 결과 100 MU/min에서는 200, 300, 400, 500, 600MU/min으로 변경하며 측정 시 -0.8, -1.1, -1.3, -1.5, -1.6%로 선량차가 있었으며, 400 MU/min (소조사야)에서 100, 200, 300, 500, 600 MU/min일 때 +0.9, +0.3, +0.1, -0.2, -0.2%의 선량변화가 있었고, 선량률 600 MU/min (소조사야)에서는 100, 200, 300, 400, 500 MU/min으로 변경 시 +1.4, +0.8, +0.5, +0.3, +0.2%로 나타났다. 다른 한편, 대조사야에서 100 MU/min(대조사야)는 -1.3, -1.6, -1.8, -2.0, -2.4%로 조금 더 큰 감소를 보였고, 400 MU/min (대조사야)는 +2.0, +1.8, +0.5, -1.2, -1.6%의 선량변화가 있었다. 600 MU/min (대조사야)에서는 +1.5, +1.9, +1.7, +1.9, +1.2%였다. 선량률 변화에 따른 선량 차는 -2.4~+2.0%로 측정되었다. 결 론: 120-MLC를 갖춘 선형가속기를 사용하여 측정한 세기변조방사선 치료 시 선량률 변화에 따른 선량분포는 거의 변화가 없었으며 선량 차는 ${\pm}3%$ 미만이었다.