تعیین منحنی کالیبراسیون و ارزیابی دقیق میزان خطا و عدم قطعیت در دزیمتری با فیلم گاف کرومیک EBT2

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه کاربرد پرتوها، دانشکده ی مهندسی هسته ای، دانشگاه شهید بهشتی

2 پژوهشکده‌ی فیزیک و شتابگرها، پزوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی

3 پؤوهشکده‌ی فیزیک و شتابگرها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای

4 بخش رادیوتراپی، بیمارستان سیدالشهداء

5 بخش رادیوتراپی و انکولوژی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان

چکیده

در پرتودرمانی، میزان دز داده شده به بافت هدف باید صحت بالایی داشته باشد، و عدم دقت در آن می‎تواند روی نتیجه‌­ی درمان اثر بگذارد. با پیدایش فیلم‎های جدید رادیوکرومیک، دزیمتری با فیلم به ابزاری قدرتمند برای تأیید و تضمین کیفیت پرتودرمانی بدل شده‎ است. فیلم‎های گاف‎کرومیک EBT2 به دلیل داشتن ویژگی‌­هایی مانند محدوده­‌ی حساسیت گسترده، قدرت تفکیک مکانی بالا و شرایط بازخوانی و حمل آسان، از جدیدترین و پیشرفته‎ترین فیلم‎های موجود برای دزیمتری­اند، و کاربرد آنها در حال گسترش است. گام نخست در کاربرد این فیلم‎ها در دزیمتری، تعیین منحنی کالیبراسیون و تعیین دقیق عدم قطعیت و خطای مطلق پروتکل به کار رفته برای کالیبراسیون آن است. در این مقاله، ابتدا یکنواختی صفحه­‌ی اسکنر مناسب که برای خوانش فیلم‏‌ها استفاده می‌‏شود ارزیابی، و سپس کالیبراسیون فیلم گاف‎کرومیک EBT2 با استفاده از دستگاه پرتودرمانی کبالت انجام شده است. پس از محاسبه­‌ی دقیق میزان خطا و عدم قطعیت اندازه‏‌گیری، پروتکل به کار رفته ارزیابی شده است. برای این موارد، از برنامه‌‏های متفاوت نوشته شده در نرم‏‌افزار MATLAB استفاده شده است. در ادامه، نمودار درصد دز عمقی باریکه‌­ی الکترون پرانرژی با استفاده از فیلم گاف‎کرومیک در فانتوم آب اندازه‏‌گیری، و نتایج آن با نمودار درصد دز عمقی به دست آمده با محفظه­‌ی اتاقک یونش مقایسه شد. نتایج نشان می‌‏دهد، غیریکنواختی اسکنر در ناحیه­‌ی مرکزی آن با ابعاد 20cm × 20cm کم­تر از 1% است، و نیاز به تصحیح یکنواختی وابسته به مکان این اسکنر نیست. با به کارگیری پروتکل توضیح داده شده در این مقاله، اندازه‏‌گیری دز با خطای کم­تر از 1% برای میدان یکنواخت انجام می‌شود. مقایسه‌­ی منحنی‎های درصد دز عمقی به دست آمده با فیلم EBT2 و محفظه­‌ی یونش، نشان می‌‏دهد که اختلاف دو نمودار کم­تر از 4±% است. استفاده از پروتکل به کار رفته در این مقاله برای دزیمتری دقیق با استفاده از فیلم EBT2 پیشنهاد می‌‏شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Determination of Calibration Curve and Accurate Assessment of Error and Uncertainty in Radiochromic EBT2 Film Dosimetry

نویسندگان [English]

  • F Abbasi Davani 1
  • M Ansari 2
  • M Lamehi Rashti 3
  • Sh Monadi 4
  • H Emami 5
چکیده [English]

In radiotherapy, the delivered dose to a target tissue should be of high accuracy, where any inaccuracy in the delivered dose can affect the treatment outcomes. Radiochromic films, in this respect, have an essential role in the verification and quality assurance of the radiotheraphy treatment. Gafchromic EBT2 films are widely used in radiation dosimetry due to their advantages such as high sensitivity, good reproducibility, high spatial resolution, easy readout and portability. The first step in applying these films in dosimetry is preparing the calibration profile and determining the uncertainty and absolute error of the films calibration protocol. In this paper, first, the uniformity of a suitable flatbed scanner which is used in dosimetry readout procedure is studied. Then the calibration process of the EBT2 film is carried out using Cobalt radiotherapy. After the detailed specification of error and uncertainty of measurements, the used protocol is evaluated. Also, the analysis of the films is performed by homemade functions using the Matlab software and program along with the image processing toolbox. The percentage depth dose curve of high energy electron beam obtained by the EBT2 film is compared with the standard ionization chamber data. The results show that within the central scan region (20×20 cm2) the scanner nonuniformity is less than ±1%, and no correction method was required. By the use of the described protocol, the error for the dose measurements was evaluted to be less than 1% for a uniform field. A comparison of the percentage depth dose curves obtained from the ionization chamber and EBT2 film shows a 4% difference in values between two curves. The protocol described in this paper is recommended for accurate dosimetry using EBT2 film.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dosimetry
  • Radiochromic EBT2 Film
  • Calibration Curve
  • Scanner Uniformity
  • PDD Curve
  • Radiotherapy
[1] A. N. Chair, C.R.B., B. M. Coursey, K. P. Gall, J. M. Galvin, W. L.McLaughlin, A. S. Meigooni, R. Nath, J. E. Rodgers, and C. G. Soares, AAPM Report No.63, American Association of Physicists in Medicine, (1998).

 [2] M. Butson, P. Yu, T. Cheung, P. Metcalfe, Radiochromic film for medical radiation dosimetry. Materials Science and Engineering Report41, (2003) 61-120.

[3] Ch. Soares, Radiochromic Film, in National Institute of Standards and Technology National Institute of Standards and Technology. https://www.aapm.org/meetings/09SS/documents/23Soares-RadiochromicFilm.pdf, last seen: 26.2.2016.

 [4] D. Lewis, Radiochromic Film, http://www. ashland.com/Ashland/Static/Documents/ASI/Advanced%20Materials/lewis-radiochromic-film. pdf, last seen:26.2.2016.

 [5] M. Williams, P. Metcalfe, Radiochromic Film Dosimetry and its Applications in Radiotherapy. AIP Conference Procceding 1345, (2011) 75-99.

 [6] S. Devic, Radiochromic film dosimetry: Past, present, and future, Phys. Med. 27 (3) (2011) 122-134.

 [7] K. Singh, Investigation of the energy response of EBT2 GAFCHROMICTM film model in Medical physics, McGill University, M.S Degree, (2011).

 [8] L. Archambault, Validation of XiO’s electron Monte carlo module using GafChromic® EBT3 films and triple channel dosimetry, in Medical. physics, McGill university, M.S Degree, (2012).

 [9] V. Borca, M. Pasquino, G. Russo, P. Grosso, D. Cante, P. Sciacero, G. Girelli, M. Rosa La Porta, S. Tofani, Dosimetric characterization and use of GAFCHROMIC EBT3 film for IMRT dose verification. J. Appl. Clin. Med. Phys. 14(2), (2013) 158-170.

 [10] M. Butson, T. Cheung, P. Yu, Absorption spectra variations of EBT radiochromic film from radiation exposure. Phys. Med. Biol. 50 (2005) 135-140.

 [11] F. Su, Y. Lui, S. Stathakis, Ch. Shi, C. Esquivel, N. Papanikolaou, Dosimetry characteristics of GAFCHROMIC® EBT film responding to therapeutic electron beams, ‎Appl. Radiat. Isot. 65(10) (2007) 1187-1192.

 [12] M.A. Carrasco, M. Perucha, F. Luis, M. Baeza, M. Herrador, A comparison between radiochromic EBT2 film model and its predecessor EBT film model, Phys. Med. 29(4) (2013) 412-422.

 [13] R. Dreindl, D. Georg, M. Stock, Radiochromic film dosimetry: Considerations on precision and accuracy for EBT2 and EBT3 type films, Z. Med. Phys. 24(2) (2014) 153-163.

 [14] S. Mayers, Characterisation of GafChromic EBT2 film for use in radiation therapy dosimetry, in Medical radiation physics, M.S Degree, University of Wollongong (2011).

 [15] GS. Sim, J. Wong, KH. Ng, The use of radiochromic EBT2 film for the quality assurance and dosimetric verification of 3D conformal radiotherapy using Microtek ScanMaker 9800XL flatbed scanner. J. Appl. Clin. Med. Phys. 14(2) (2013) 85-95.

 [16] S. Reinhardt, M. Hilbrand, J. Wilkens, W. Assmann, Comparison of GafChromic EBT2 and EBT3 films for clinical photon and proton beams. J. Med. Phys. 39(8) (2012) 5275-5262.

 [17] B.C. Ferreira, M. Lopes, M. Capela, Evaluation of an Epson flatbed scanner to read GafChromic EBT films for radiation dosimetry. Phys. Med. Biol. 54 (2009) 1073-1085.

 [18] L. Paelinck, W. Nene, C. Wagter, Precautions and strategies in using a commercial flatbedscanner for radiochromic film dosimetry, Phys. Med. Biol. 52 (2007) 231-242.

[19] B. Lynch, J. Kozelka, M. Ranade, J. Li, W. Simon, J. Dempsey, Important considerations for radiochromic film dosimetry with flatbed CCD scanners and EBT GAFCHROMIC® film, Med. Phys. 33(12) (2006) 4551-4556.

 [20] S. Devic, J. Seuntjens, G. Hegyi, E. Podgorsak, Ch. Soares, A. Kirov, I. Ali, J. Williamson, A. Elizondo, Dosimetric properties of improved GafChromic films for seven different digitizers. Med. Phys. 31(9) (2004) 2392-2401.

 [21] P. Delage, Radiochromic film dosimetry system: from calibration to in vivo measurements and IMRT quality assurance measurements, in Medical physics, M.S Degree, Mcgil University (2011).

 [22] S. Devic, J. Seuntjens, E. Sham, E. Podgorsak, C. Schmidtlein, A. Kirov, C. Soares, Precise radiochromic film dosimetry using a flat-bed document scanner, Med. Phys. 32(7) (2005) 2245-2253.

 [23] H. Bouchard, F. Lacroix, G. Beaudoin, J. Carrier, I. Kawrakow, On the characterization and uncertainty analysis of radiochromic film dosimetry, Med. Phys. 36(6) (2009) 1931-1946.

 [24] GAFCHROMIC®EBT2 Self-developing film for radiotherapy dosimetry, ISP, (2009) http:// www.filmqapro.com/Documents/GafChromic_EBT-2_20101007.pdf, last seen: 26.2.2016.

 [25] GAFCHROMIC® EBT2 Scan Handling Guide, ISP, (2009). https://www. researchgate. net/file.PostFileLoader.html, last seen: 26. 2. 2016.

 [26] D.F. Lewis, Using Radiochromic Film Tips and Techniques, ISP,(2010) http://www. ashland.com/Ashland/Static/Documents/ASI/Advanced%20Materials/lewis-tips.pdf, last seen: 26.2.2016.

 [27] L. Chang, Wiener Filter Used in the EBT2 Film for Radiation Therapy. IJCEA. 4(4) (2013) 213-216.

[28] L.J. Van Battum, D. Hoffmans, H. Piersma, S. Heukelom, Accurate dosimetry with GafChromic™ EBT film of a 6MV photon beam in water: What level is achievable?, Med. Phys. 35(2) (2008) 704-716.

 [29] L.J. Van Battum, B.J.M. Heijmen, Film dosimetry in water in a 23 MV therapeutic photon beam, Radiother Oncol. 34 (1995) 152-159.

 [30] H.R. Baghani , S.M. Aghamiri, S.R. Mahdavi, M. Robatjazi, A.R. Zadeh, M.E. Akbari, HR. Mirzaei, N. Nafissi, M. Samsami, Dosimetric evaluation of GafChromic EBT2 film for breast intraoperative electron radiotherapy verification, Phys. Med. 31(1) (2015) 37-42.

 [31] G. Angellier, M. Gautier, J. Herault, Radiochromic EBT2 film dosimetry for low-energy protontherapy. Med. Phys. 38(11) (2011) 1671-1677.

 [32] L. Martignano, A. Delana, A. Martignano, Radiochromic film dosimetry with flatbed scanners: A fast and accurate method for dose calibration and uniformity correction with single film exposure. Med. Phys. 35(7) (2008) 3077-3085.

 [33] H. Jeong, Y. Han, O. Kum, C. Hyeong Kim, S. Ju, J. Shin, J. Kim, J. Park, Pixel-based correction method for GafChromic EBT film dosimetry. NET 42(6) (2010) 670-679.

 [34] S. Saur, J. Frengen, GafChromic EBT film dosimetry with flatbed CCD scanner: A novel background correction method and full dose uncertainty analysis. Med. Phys. 35(7) (2008) 3094-3101.