Dosimetric Effect on Selectable Optimization Parameters of Volumatric Modulated Arc Therapy

The aim of this study is to evaluate plan quality and dose accuracy for Volumetric Modulated Arc Therapy (VMAT) on the TG-119 and is to investigate the effects on variation of the selectable optimization parameters of VMAT. VMAT treatment planning was implemented on a Varian iX linear accelerator with ARIA record and verify system (Varian Mecical System Palo Alto, CA) and Oncentra MasterPlan treatment planning system (Nucletron BV, Veenendaal, Netherlands). Plan quality and dosimetric accuracy were evaluated by effect of varying a number of arc, gantry spacing and delivery time for the test geometries provided in TG-119. Plan quality for the target and OAR was evaluated by the mean value and the standard deviation of the Dose Volume Histograms (DVHs). The ionization chamber and $Delta^{4PT}$ bi-planar diode array were used for the dose evaluation. For treatment planning evaluation, all structure sets closed to the goals in the case of single arc, except for the C-shape (hard), and all structure sets achieved the goals in the case of dual arc, except for C-shape (hard). For the variation of a number of arc, the simple structure such as a prostate did not have the difference between single arc and dual arc, whereas the complex structure such as a head and neck showed a superior result in the case of dual arc. The dose distribution with gantry spacing of $4^{\circ}$ was shown better plan quality than the gantry spacing of $6^{\circ}$, but was similar results compared with gantry spacing of $2^{\circ}$. For the verification of dose accuracy with single arc and dual arc, the mean value of a relative error between measured and calculated value were within 3% and 4% for point dose and confidence limit values, respectively. For the verification on dose accuracy with the gantry intervals of $2^{\circ}$, $4^{\circ}$ and $6^{\circ}$, the mean values of relative error were within 3% and 5% for point dose and confidence limit values, respectively. In the verification of dose distribution with $Delta^{4PT}$ bi-planar diode array, gamma passing rate was $98.72{\pm}1.52%$ and $98.3{\pm}1.5%$ for single arc and dual arc, respectively. The confidence limit values were within 4%. The smaller the gantry spacing, the more accuracy results were shown. In this study, we performed the VMAT QA based on TG-119 procedure, and demonstrated that all structure sets were satisfied with acceptance criteria. And also, the results for the selective optimization variables informed the importance of selection for the suitable variables according to the clinical cases.

선택적 최적화 변수(Selectable Optimization Parameters)에 따른 부피적조절회전방사선치료(VMAT)의 선량학적 영향

부피적조절회전방사선치료(VMAT)의 정도관리를 TG-119에서 제시된 권고안을 통해 평가하고자 하였다. 또한 선택적 최적화 변수에 따른 치료계획의 평가와 그에 따른 선량학적 특성을 평가하고자 하였다. Varian사의 iX선형가속기와 Nucletron사의 Oncentra MasterPlan 치료계획장치를 결합하여 VMAT 치료계획을 수립하였다. TG-119에 제시된 5가지의 구조세트를 이용하여 아크 수, 겐트리 간격, 치료 시간 등의 선택적 최적화 변수(selectable optimization parameters)를 변화하여 치료 계획의 평가와 선량검증을 통해 정확성을 평가하였다. 치료계획의 평가는 선량체적히스토그램을 이용하여 표적과 위험장기의 평균값과 표준편차를 이용하였으며 선량검증은 이온 전리함과 $Delta^{4PT}$ bi-planar diode array를 이용하였다. 치료계획의 평가에서 싱글 아크의 경우 C-shape (hard)를 제외한 다른 구조세트에서 목표한 선량에 근접하는 결과를 보였으며 듀얼 아크의 경우에는 C-shape (hard)를 제외한 다른 구조세트에서 제시한 목표 선량에 도달하였다. 또한 선택 변수에 대한 평가에서는 전립선과 같은 간단한 구조 세트에서는 아크 수에 따른 치료계획의 차이는 거의 나타나지 않았으나, 두경부와 같은 복잡한 구조에서는 듀얼 아크가 위험장기에 대하여 좀 더 우수한 결과를 나타내었다. 겐트리 간격의 크기 변화에 의한 선량분포는 $6^{\circ}$에 비해 $4^{\circ}$의 겐트리 간격이 우수하였으나 $2^{\circ}$ 간격과는 거의 차이가 없었다. 점선 량의 정확성 평가에서는 표적과 위험장기에 대한 점선량의 측정값과 계산값의 평균오차는 싱글 아크와 듀얼 아크 모두 3% 이내였으며, 신뢰구간은 싱글아크와 듀얼 아크가 4% 내로 허용범위 안에 포함되었다. 겐트리 간격의 크기에 따른 점선량의 정확성 평가에서는 $2^{\circ}$, $4^{\circ}$, $6^{\circ}$ 모두 3% 이내였으며, 표적과 위험장기에 대한 신뢰한계(Confidence limit)는 5% 내로 허용범위 안에 포함되었다. $Delta^{4PT}$를 이용한 싱글 아크와 듀얼 아크의 선량분포 측정에서는 허용기준 3 mm/3%를 통과하는 감마인덱스는 평균 $98.72{\pm}1.52%$와 $98.30{\pm}1.50%$이었으며 신뢰한계는 2.99%와 3.74%로 허용범위 내에 포함되었다. 겐트리 간격의 크기에 따른 선량의 정확성은 간격이 적을수록 우수한 결과를 나타냈다. 본 연구에서는 VMAT의 정도관리를 TG-119에서 제시된 시험을 수행하였으며 제시된 모든 구조 세트에 대하여 허용기준을 모두 만족하였다. 또한 사용자가 선택할 수 있는 최적화 변수의 변화에 대한 치료계획과 선량학적 영향을 분석하였으며 각 상황에 따른 임상적 특성에 맞는 변수를 선택하는 것이 중요하다고 사료된다.