• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제32권4호
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• pp.130-136
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• 2021

Purpose: The Halcyon radiotherapy platform at Groote Schuur Hospital was delivered with a factory-configured analytical anisotropic algorithm (AAA) beam model for dose calculation. In a recent system upgrade, the Acuros XB (AXB) algorithm was installed. Both algorithms adopt fundamentally different approaches to dose calculation. This study aimed to compare the dose distributions of cervical carcinoma RapidArc plans calculated using both algorithms. Methods: A total of 15 plans previously calculated using the AAA were retrieved and recalculated using the AXB algorithm. Comparisons were performed using the planning target volume (PTV) maximum (max) and minimum (min) doses, D95%, D98%, D50%, D2%, homogeneity index (HI), and conformity index (CI). The mean and max doses and D2% were compared for the bladder, bowel, and femoral heads. Results: The AAA calculated slightly higher targets, D98%, D95%, D50%, and CI, than the AXB algorithm (44.49 Gy vs. 44.32 Gy, P=0.129; 44.87 Gy vs. 44.70 Gy, P=0.089; 46.00 Gy vs. 45.98 Gy, P=0.154; and 0.51 vs. 0.50, P=0.200, respectively). For target min dose, D2%, max dose, and HI, the AAA scored lower than the AXB algorithm (41.24 Gy vs. 41.30 Gy, P=0.902; 47.34 Gy vs. 47.75 Gy, P<0.001; 48.62 Gy vs. 50.14 Gy, P<0.001; and 0.06 vs. 0.07, P=0.002, respectively). For bladder, bowel, and left and right femurs, the AAA calculated higher mean and max doses. Conclusions: Statistically significant differences were observed for PTV D2%, max dose, HI, and bowel max dose (P>0.05).

• 대한방사선치료학회지
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• 제35권
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• pp.15-21
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• 2023

목 적: 전자포탈영상장치 기반의 환자특이적 정도관리를 위한 portal dose image prediction (PDIP)와 anisotropic analytical algorithm (AAA)을 비교하여 성능을 분석하고, AAA를 사용한 portal dosimetry의 임상적 사용 가능성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 폐암 환자 15명과 간암 환자 17명, 총 32명의 환자를 후향적으로 선정하였다. PDIP와 AAA를 사용하여 검증용 치료계획을 생성하였다. 계산된 분포와 측정된 분포를 비교한 감마통과율(Gamma passing rate, GPR)과 다엽콜리메이터(Multileaf collimator, MLC) 위치 차이를 얻었다. 결 과: 폐암 환자군의 GPR 평균값은 PDIP 사용시 3%/3 mm에 대해 99.5% ± 1.1%, 1%/1 mm에 대해 90.6% ± 5.8%였다. AAA 사용시 3%/3 mm에 대해 98.9% ± 1.7%, 1%/1 mm에 대해 87.8% ± 5.2%였다. 간암 환자군의 GPR 평균값은 PDIP 사용시 3%/3 mm에 대해 99.9% ± 0.3%, 1%/1 mm에 대해 96.6% ± 4.6%였다. AAA 사용시 3%/3 mm에 대해 99.6% ± 0.5%, 1%/1 mm에 대해 89.5% ± 6.4%였다. MLC 위치 차이는 0.013 mm ± 0.002 mm로 적었으며, 감마통과율과 상관관계를 보이지 않았다. 결 론: 전자포탈영상장치 기반 환자특이적 정도관리를 수행할 때 AAA를 임상적으로 portal dosimetry 계산 알고리즘으로써 사용할 수 있다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권2호
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• pp.106-113
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• 2012

본 연구에서는 종양이 간원개에 위치한 환자들을 대상으로 Eclipse 치료계획시스템(treatment planning system V8.9 : TPS, Varian)에서 쓰이는 두 종류의 선량계산 알고리즘(pencil beam convolution : PBC, anisotropic Analytical algorithm : AAA)들을 적용하여 육안적종양체적(gross tumor volume : GTV), 내부표적체적(internal target volume : ITV), 계획용표적체적(planning target volume : PTV) 및 주요 관심장기에 전달되는 선량의 변화를 정량적으로 평가하고, 선량분포에 영향을 미칠 수 있는 인자들을 분석하고자 하였다. 본원에서 치료받은 간암환자 20명을 대상으로 하였고 그 중 10명의 환자들에 대해서는 정위적 방사선치료(stereotactic body radiation therapy : SBRT) 기술을 적용, 다른 10명의 환자들에 대해서는 3차원 입체조형 방사선치료(three-dimensional conformal radiation therapy : 3DCRT) 기술을 적용하여 치료하였다. 조사선량은 우선적으로 PBC 알고리즘을 적용하여 선량계산을 하였고 동일한 빔 정렬 및 콜리메이터(Collimator), Monitor Unit (MU) 그리고 Field 가중치를 적용시켜서 AAA 선량계산법으로 다시 계산 한 후, 두 알고리즘에 대한 처방선량 100%에 해당하는 체적(V100)의 lesion coverage factor (CVF) 들을 비교하였다. SBRT 기술을 이용한 환자들의 치료계획에서 전체 PTV에 대한 CVF의 경우, 두 선량계산 알고리즘사이 통계학적으로 유의한 상관관계(p=0.018)를 보였다. 또한, 3DCRT 기술을 이용한 환자들의 치료계획에서는 전체 PTV (p=0.006), 간원개에 위치한 PTV (p=0.013), 전체 ITV (p=0.024)에 대하여 각각 통계학적으로 유의한 상관관계를 보였다. 복부에 위치한 주요 관심장기에 대하여 SBRT 기술을 이용한 환자들의 치료계획에서 정상 간과 신장에 조사되는 최대선량에 대하여 통계학적으로 각각 유의한 상관관계(정상간: p=0.009, 신장: p=0.037)를 보였다. 본 연구에서 선택한 선량변화 예측인자들에 대하여 대응표본 T-검정(paired T-test)을 시행한 결과, 전체 PTV에 대한 간원개에만 위치하는 PTV의 비율($PTV_{dome}$/PTV)과 두 알고리즘에 의한 CVF 비율의 상관관계에 있어서 통계학적으로 유의미한 상관관계를 보였다(p<0.01). 또한, 종양의 크기에 대한 두 알고리즘의 CVF 비율에 있어서 통계학적으로 의미가 있는 상관관계를 보였다(SRS환자 p=0.017, 3DCRT환자 p=0.023). 본 연구에서는 15MV x-ray beam으로 선량을 계산할 때 PBC와 AAA간의 선량계산 차이를 분석하여 선택한 선량변화 예측인자 중 간원개에 위치한 종양의 크기와 계획용 표적체적에 대한 관계성을 알아내었다. 일반적으로 15MV x-ray beam에 의한 선량분포를 정확하게 알아내는 것은 AAA으로도 불충분하다는 것이 일반적인 사실로 받아들여지고 있어 이를 AAA와 PBC간의 차이로 그 정확성을 간접적으로 유추하여 실질적인 선량분포에 대한 치료계획단계에서의 선량분포의 차이의 경향성을 보고자 하였다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제24권1호
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• pp.23-30
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• 2012

목 적: Analytical Anisotropic Algorithm (AAA)을 사용하여 계산된 폐 부위 방사선치료계획은 Pencil Beam Convolution (PBC) Algorithm 기반의 MU 검증 프로그램을 이용하였을 때 MU의 오차가 발생하여 MU 검증 프로그램 사용에 어려움이 있다. 본원에서는 AAA를 사용하여 계산된 치료계획을 검증할 방법에 대하여 연구하였다. 대상 및 방법: Eclipse treatment planning system (Version 8.9, Varian, USA)을 사용하여 폐 부위 정위적체부방사선치료(Stereotactic Body Radiation Therapy, SBRT) 7건에서의 총 57개 조사야(Field) 각각에 대하여 선량계산 알고리즘으로 PBC와 AAA를 사용하여 계산하였다. 수립된 치료계획의 MU를 자체 개발하여 사용 중인 MU 검증 프로그램의 MU와 비교 분석하였다. PBC 알고리즘과 AAA에서 발생한 오차에 영향을 미칠 수 있는 조사야크기(Field size), 방사선이 폐 조직을 통과한 거리, 방사선이 종양 조직을 통과한 거리, 유효깊이(Effective depth) 등 4가지 변수에 대하여 오차와의 상관관계를 상용 프로그램을 이용하여 분석하였다. 결 과: PBC 알고리즘의 오차는 $0.2{\pm}1.0%$로 나타났으며 AAA의 오차는 $3.5{\pm}2.8%$로 나타났다. 또한, 오차에 영향을 미칠 수 있는 4가지 변수에 대해 분석한 결과, 방사선이 폐 조직을 통과한 거리와 MU의 오차와의 관계에서 상관계수 0.648 (P=0.000)로 유의하게 증가하였고, ${\Delta}_{AAA}$=L.P 0.00903+0.02048이라는 MU 보정인자를 산출해 낼 수 있었으며 MU 보정인자를 MU 검증 프로그램에 적용한 결과, 적용 전 $3.5{\pm}2.8%$의 오차는 $0.4{\pm}2.0%$ 이내로 줄어들었다. 결 론: 본 연구에서는 방사선이 폐 조직을 통과한 거리가 커질수록 MU 검증 프로그램과의 오차가 커짐을 알아냈으며, MU보정인자라는 간단한 방법을 통해 AAA 알고리즘의 MU를 검증할 수 있게 되었다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제24권1호
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• pp.11-14
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• 2012

목 적: Anisotropic Analytical Algorithm (AAA)는 Pencil Beam Convolution (PBC) 알고리즘에 비하여 2차선과 조직 불 균질에 대한 영향에 보다 더 정확한 선량계산을 제공한다. 본 연구는 유방암 접선조사 치료계획에서 PBC 알고리즘과 AAA의 선량계산 알고리즘에 따른 선량분포의 차이를 분석하고자 한다. 대상 및 방법: 선형가속기(CL-6EX, VARIAN, USA)의 6 MV 에너지를 이용한 유방암 환자 10명을 대상으로 Eclipse treatment planning system (Version 8.9, VARIAN, USA)을 사용하여 전산화 치료계획을 수립하였다. Conventional Radiation Therapy plan(Conventional plan)과 Field-in-Field Intensity Modulated Radiation Therapy plan (FiF plan)을 PBC 알고리즘을 이용하여 치료계획을 수립한 후 Monitor Unit (MU)를 고정시키고 AAA로 변경하여 선량계산하고, Dose Volume Histogram (DVH)을 이용하여 치료계획을 비교 분석하였다. 결 과: 첫 번째, Conventional plan의 PBC 알고리즘과 AAA에 따른 차이를 평가한 결과 치료용적에 대한 평균 Conformity Index (CI) 값의 차이는 PBC 알고리즘에서 0.295 높게 평가 되었다. 동측 폐에 대한 선량을 평가한 결과 $V_{47Gy}$과 $V_{45Gy}$는 PBC알고리즘에서 각각 5.83%, 4.04% 높게 평가되었고, Mean dose, $V_{20Gy}$, $V_{5Gy}$, $V_{3Gy}$는 AAA에서 각각 0.6%, 0.29%, 6.35%, 10.23%높게 평가되었다. 두 번째, FiF plan의 경우 치료용적에 대한 평균 CI 값의 차이는 PBC 알고리즘에서 0.165 높게 평가 되었고, 동측 폐에 대한 선량은 $V_{47Gy}$, $V_{45Gy}$, Mean dose는 PBC 알고리즘에서 각각 6.17%, 3.80%, 0.15% 높게 평가되었고, $V_{20Gy}$, $V_{5Gy}$, $V_{3Gy}$는 AAA에서 각각 0.14%, 4.07%, 4.35% 높게 평가되었다. 결 론: 유방암 접선조사에서 AAA로 계산했을 때, PBC 알고리즘에 비해 치료용적에 대한 Conformity가 Conventional plan, FiF plan 각각 0.295, 0.165 낮게 평가 되며, 동측 폐의 고 선량 영역의 선량은 적게 나타나며, 저 선량 영역의 선량은 많게 나타므로 폐에 대한 선량을 평가하는 데 선량계산 알고리즘에 따른 특징을 고려해야 할 것으로 사료된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제24권2호
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• pp.137-147
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• 2012

목 적: 알고리즘에 따른 치료계획의 영향을 분석하고 실제 치료계획을 수립할 때 고려사항을 적용하고, 나아가 최선의 치료계획을 수립하는 프로토콜을 제시하고자 한다. 대상 및 방법: 치료계획 시스템은 이클립스 10.0 (Eclipse 10.0, Varian, USA)이다. 선량계산의 알고리즘은 PBC (Pencil Beam Convolution)와 AAA (Anisotropic Analytical Algorithm)을 각각 적용하였고, 세기 조절 방사선 치료(IMRT)를 위한 최적화(Optimization) 알고리즘은 DVO (Dose Volume Optimizer 10.0.28), VMAT을 위한 최적화 알고리즘은 PRO II (Progressive Resolution Optimizer V 8.9.17)와 PRO III (Progressive Resolution Optimizer V 10.0.28)을 사용하였다. 실험을 위한 팬텀은 치료계획시스템에서 가상으로 만들었으며, $30{\times}30{\times}30$ cm의 규격에 밀도가 균일한 것(HU: 0)과 중간에 공기(HU: -1,000)로 가정되는 물질이 삽입한 된 비균질 팬텀으로 설정하였다. 실험은 먼저 팬텀(Phantom) 계획을 실시하여 일반적인 치료계획의 특징을 분석하고 그 내용을 토대로 실제 임상적용 할 치료계획을 수립하였다. 결 과: 균일한 밀도 팬텀에서 6 MV, 10 cm PDD (Percentage Depth Dose)는 PBC와 AAA는 모두 65.2%로 유사한 값을 나타냈지만, 비균질 팬텀에서 PDD는 저밀도 물질을 만나기 전까진 유사한 PDD 값을 보이다가 공기 영역에서 다른 선량곡선을 보여주고, 투과한 후에는 PDD 10 cm은 각각 75%, 73%이었다. 동일한 MU의 3차원 치료계획에서 보면, AAA 치료계획이 폐가 포함된 영역에서 저 선량으로 나타났다. 기관지와 폐의 영역이 포함된 경추 치료 환자의 2차원 대향 2문조사 치료계획을 15 MV을 이용하여 설계하였을 때, Conformity Index (ICRU 62)는 PBC 계산에서 0.95, AAA에서 0.93이었다. IMRT 치료계획은 DVO에서 보여지는 DVH가 선량계산 DVH와 동일하게 나타났다. 하지만 AAA으로 선량계산을 하였을 때는 DVO에서 조건을 만족하는 결과가 선량계산에서는 선량부족으로 나타났다. PRO II을 이용한 VMAT 치료계획은 최적화 할 때는 만족스런 결과를 얻었지만, 선량계산을 실시하였을 때는 저밀도 영역이 선량 부족으로 나타났다. 하지만 PRO III에서 같은 조건을 1회 더 최적화함으로써 최적화 결과와 선량계산 결과가 유사하였다. 결 론: 본 연구에서는 선량계산 알고리즘의 옳고 그름을 판단하지 않는다. 알고리즘이 나타내는 선량 분포의 특성을 분석하고, 특히 최적화가 필요한 IMRT나 VMAT 치료계획에서 최적화 알고리즘의 요인도 치료계획을 수립할 때 고려함으로써 최적의 치료계획을 위한 방법을 제시하고자 한다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제27권4호
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• pp.180-188
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• 2016

Acuros XB advanced dose calculation algorithm (AXB, Varian Medical Systems, Palo Alto, CA) has been released recently and provided the advantages of speed and accuracy for dose calculation. For clinical use, it is important to investigate the dosimetric performance of AXB compared to the calculation algorithm of the previous version, Anisotropic Analytical Algorithm (AAA, Varian Medical Systems, Palo Alto, CA). Ten volumetric modulated arc therapy (VMAT) plans for each of the following cases were included: head and neck (H&N), prostate, spine, and lung. The spine and lung cases were treated with stereotactic body radiation therapy (SBRT) technique. For all cases, the dose distributions were calculated using AAA and two dose reporting modes in AXB (dose-to-water, $AXB_w$, and dose-to-medium, $AXB_m$) with same plan parameters. For dosimetric evaluation, the dose-volumetric parameters were calculated for each planning target volume (PTV) and interested normal organs. The differences between AAA and AXB were statistically calculated with paired t-test. As a general trend, $AXB_w$ and $AXB_m$ showed dose underestimation as compared with AAA, which did not exceed within -3.5% and -4.5%, respectively. The maximum dose of PTV calculated by $AXB_w$ and $AXB_m$ was tended to be overestimated with the relative dose difference ranged from 1.6% to 4.6% for all cases. The absolute mean values of the relative dose differences were $1.1{\pm}1.2%$ and $2.0{\pm}1.2%$ when comparing between AAA and $AXB_w$, and AAA and $AXB_m$, respectively. For almost dose-volumetric parameters of PTV, the relative dose differences are statistically significant while there are no statistical significance for normal tissues. Both $AXB_w$ and $AXB_m$ was tended to underestimate dose for PTV and normal tissues compared to AAA. For analyzing two dose reporting modes in AXB, the dose distribution calculated by $AXB_w$ was similar to those of AAA when comparing the dose distributions between AAA and $AXB_m$.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권4호
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• pp.210-217
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• 2014

이 연구는 비편평화여과기(flattening filter-free, FFF) 빔을 이용한 폐 정위절제방사선치료(stereotactic ablative radiotherapy, SABR)에 대하여 서로 다른 선량계산 알고리즘의 선량적 효과를 조사하였다. SABR를 받은 10명의 폐암 환자를 대상으로하여 평가하였다. 모든 치료계획은 Eclipse 치료계획시스템의 Acuros XB (AXB) 알고리즘을 이용하여 수립되었다. 다른 선량계산 알고리즘과 비교를 위하여, 추가적으로 anisotropic analytic algorithm (AAA) 알고리즘을 적용한 치료계획을 재 수립하였다. 두 알고리즘 평가를 위해서, 치료표적과 손상위험장기의 선량체적히스토그램(dose-volume histogrim, DVH)를 분석하였다. 그리고 기술적 인자로써 계산시간과 총 MU 값을 평가하였다. DVH 비교분석을 통해, PTV의 최대선량은 AXB이 AAA 보다 5.2% 높았으며 최소선량은 4.4% 낮게 나타났다. PTV의 $V_{105%}$에서 7.06%까지 큰 차이를 나타났다. 폐의 최대선량은 AXB 치료계획에서 약간 크게 나타났다. 동측성 폐에 5, 10과 20 Gy 선량이 조사되는 체적은 AAA 보다 AXB에서 더 크게 나타났으나 대측성 폐에 대해서는 거의 비슷하게 나타났다. 척수와 심장에서 최대선량의 차이도 크지 않았다. 계산시간의 경우, AXB가 AAA보다 13.7% 정도 소요시간이 적었고 MU 값은 AXB에서 3.47% 더 많았다. 이 연구의 결과들은 회전조절치료 기법을 포함하여 FFF 빔이 적용된 폐 SABR 치료계획에서 AXB 알고리즘은 선량계산의 정확성과 계산시간의 감소의 장점을 제공할 수 있을 것이다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제31권3호
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• pp.54-62
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• 2020

Dose calculation algorithms play an important role in radiation therapy and are even the basis for optimizing treatment plans, an important feature in the development of complex treatment technologies such as intensity-modulated radiation therapy. We reviewed the past and current status of dose calculation algorithms used in the treatment planning system for radiation therapy. The radiation-calculating dose calculation algorithm can be broadly classified into three main groups based on the mechanisms used: (1) factor-based, (2) model-based, and (3) principle-based. Factor-based algorithms are a type of empirical dose calculation that interpolates or extrapolates the dose in some basic measurements. Model-based algorithms, represented by the pencil beam convolution, analytical anisotropic, and collapse cone convolution algorithms, use a simplified physical process by using a convolution equation that convolutes the primary photon energy fluence with a kernel. Model-based algorithms allowing side scattering when beams are transmitted to the heterogeneous media provide more precise dose calculation results than correction-based algorithms. Principle-based algorithms, represented by Monte Carlo dose calculations, simulate all real physical processes involving beam particles during transportation; therefore, dose calculations are accurate but time consuming. For approximately 70 years, through the development of dose calculation algorithms and computing technology, the accuracy of dose calculation seems close to our clinical needs. Next-generation dose calculation algorithms are expected to include biologically equivalent doses or biologically effective doses, and doctors expect to be able to use them to improve the quality of treatment in the near future.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제30권4호
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• pp.120-127
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• 2019

Purpose: This study was designed to evaluate the dosimetric performance of Mobius3D by comparison with an aSi-based electronic portal imaging device (EPID) and Octavius 4D, which are conventionally used for patient-specific prescription dose verification. Methods: The study was conducted using nine patients who were treated by volumetric modulated arc therapy. To evaluate the feasibility of Mobius3D for prescription dose verification, we compared the QA results of Mobius3D to an aSi-based EPID and the Octavius 4D dose verification methods. The first was the comparison of the Mobius3D verification phantom dose, and the second was to gamma index analysis. Results: The percentage differences between the calculated point dose and measurements from a PTW31010 ion chamber were 1.6%±1.3%, 2.0%±0.8%, and 1.2%±1.2%, using collapsed cone convolution, an analytical anisotropic algorithm, and the AcurosXB algorithm respectively. The average difference was found to be 1.6%±0.3%. Additionally, in the case of using the PTW31014 ion chamber, the corresponding results were 2.0%±1.4%, 2.4%±2.1%, and 1.6%±2.5%, showing an average agreement within 2.0%±0.3%. Considering all the criteria, the Mobius3D result showed that the percentage dose difference from the EPID was within 0.46%±0.34% on average, and the percentage dose difference from Octavius 4D was within 3.14%±2.85% on average. Conclusions: We conclude that Mobius3D can be used interchangeably with phantom-based dosimetry systems, which are commonly used as patient-specific prescription dose verification tools, especially under the conditions of 3%/3 mm and 95% pass rate.