Proton radiotherapy dose calculation with Monte Carlo code in TOPAS - a comparison with Varian Eclipse treatment planning system

Abstract

Protonentherapie belooft preciezere resultaten dan traditionele fotonenradiotherapie omdat de stralingsdosis grotendeels wordt afgezet op de tumorlocatie. Het wordt vaak gebruikt voor hersentumoren waar precisie belangrijk is. De huidige therapiesystemen gebruiken vereenvoudigde analytische rekenmodellen voor dosisberekenigen. Het doel van dit onderzoek is om het Monte Carlo-gebaseerde systeem TOPAS te implementeren en de, in principe, nauwkeurigere dosisvoorspellingen ervan te vergelijken met de resultaten van Varian Eclipse.

Een fantoomhoofd werd gescand met een CT-scanner en een bestralingsplan (RTP) voor een hersentumor werd opgesteld door een medisch fysicus met behulp van Eclipse. Inputfiles voor TOPAS werden gegenereerd op basis van DICOM-files en documentatie over bundel van de Skandion Clinic. In het eerste geval werden materialen en elektronendichtheden aan CT-nummers toegewezen met behulp van de methode van Schneider. In het tweede geval werd het volumetrische beeld gesegmenteerd met ITK-SNAP en werden materiaaldefinities van de fantoomfabrikant gebruikt. Deze twee dosisbenaderingen werden vergeleken met Eclipse.

Vergeleken met de handmatig gesegmenteerde TOPAS-dosisverdeling bedroeg de RMSE voor de Eclipse-dosisverdeling 1.6% voor de CTV. De afwijking is deels veroorzaakt door de Schneider-methode.

Het doel om een TOPAS-gebaseerd model te ontwikkelen is bereikt. Meer onderzoek is nodig voor de validatie ervan. Het model zal toelaten de potentiële voordelen van het gebruik van spectrale CT voor RTP verder te testen.