Towards a new dosimetry reference quantity for stereotactic radiotherapy: The dose area product

Développement d’une nouvelle grandeur de référence pour les traitements en conditions stéréotaxiques: le produit dose-surface

Julien Jurczak (1) , Benjamin Rapp (1) , Stéphane Dufreneix (2, 3) , Jean Gouriou (1) , Franck Delaunay (1) , jean-marc bordy (1)

1 LNHB (CEA, LIST) - Laboratoire National Henri Becquerel (CEA, LIST)
2 UNICANCER/ICO - Institut de Cancérologie de l'Ouest [Angers/Nantes]
3 ICO - Integrated Center for Oncology [Angers]

Introduction: Traceability of delivered doses in external radiotherapy is based on the national reference of absorbed dose to water at a point. Appropriate for conventional radiotherapy, this approach requires correction factors that burden the uncertainty budget for stereotactic irradiations, on the rise in the last few years. To obviate this difficulty, the LNHB suggested replacing the concept of point dose by the dose area product (DAP). In that way, a previous thesis in the laboratory has proven the feasibility of this concept from the metrological point of view. Methods: This project is part of a PhD started in January 2019. The field sizes lower or equal to 15 mm diameter defined by specially designed collimators, multi-leaves and jaws will be investigated, as well as the transfer of the DAP national dosimetry reference of the LNHB towards the clinical user thanks to a large-area plane-parallel chamber specially designed by the LNHB and its use for the commissioning of medical linear accelerators (LINAC). Results: Once this transfer dosimeter manufactured and tested, it will be used to characterize the radiations fields, in particular through parameters such as tissue phantom ratios and output factors (OF), whose accuracy is essential for the calculation of the treatment planning systems (TPS). For the OF, a comparison will be made between the obtained values if one consider the absorbed dose to water at a point (IAEA 483 protocol) or the DAP, the latter being considered to provide more accurate values because intrinsically not influenced by the electronic equilibrium problems inherent in stereotaxy. The comparison will allow validating or not the results based on the point dose used until now. Conclusion: This project is aimed at promoting the use of DAP for small field sizes to, in fine, improve the dosimetric accuracy of treatments. One of the objectives, as long as TPS algorithms don’t accept DAP as input data, is to propose to the clinical user a conversion protocol between the two quantities leading to more reliable traceability of the absorbed dose for the LINAC commissioning.

L’utilisation de petits faisceaux en radiothérapie stéréotaxique conduit à s’éloigner significativement des conditions d’étalonnage usuelles des dosimètres, fondée sur la notion de dose absorbée en un point (IAEA TRS 398). Actuellement, l’approche adoptée est d’introduire des facteurs de correction lors du commissioning de l’accélérateur (IAEA TRS 483). • Pour palier ce problème, le LNHB a proposé d’introduire au niveau métrologique une nouvelle grandeur dosimétrique qui s’affranchit des limites du concept de dose ponctuelle, fondée sur l’utilisation d’un détecteur plus grand que la section du faisceau : le Produit Dose-Surface (PDS). Une thèse précédente au sein du laboratoire a prouvé la faisabilité de ce concept. Matériels et Méthodes: • Ce projet fait l’objet d’une thèse débutée en janvier 2019. Il s’intéresse aux tailles de champs inférieures à 15 mm définies à l’aide de différents systèmes de collimations: collimateurs fixes, mâchoires et MLC, ainsi que le transfert de la référence nationale en termes de PDS réalisée avec le calorimètre graphite GR11 dédié2 , vers l’utilisateur, grâce à une chambre d’ionisation plate de grande dimension (Øélectrode centrale= 3 cm) qui a spécialement été conçue par le LNHB à cet effet pour le commissioning des accélérateurs médicaux. • Il s’agira ensuite de caractériser les champs de rayonnement, en particulier à travers les paramètres tels que les rendements en profondeur, TPR et FOC, dont la précision est essentielle pour les algorithmes de calcul de dose dans les TPS. • Sur ce dernier paramètre en particulier, une comparaison sera faite entre le formalisme actuel fondé sur la dose « ponctuelle » (approche du TRS 483) et le PDS, ce dernier fournissant intrinsèquement des valeurs plus précises car dégagées des soucis de manque d’équilibre électronique latéral inhérente à la stéréotaxie. Résultats: • 3 chambres d’ionisation ont été assemblées. Les premiers tests réalisés ont mis en évidence le bon fonctionnement et la qualité métrologique de ces détecteurs. Conclusion: • L’objectif de ce projet est de promouvoir l’utilisation du Produit Dose-Surface afin d’améliorer in fine la précision dosimétrique des traitements, à travers l’utilisation d’une chambre d’ionisation plate développée et étalonnée par le LNHB. • Un protocole de conversion « PDS-dose en un point » sera proposé à l’utilisateur pour respecter les procédures existantes lors du commissioning. • A plus long terme, le but est d’adapter les TPS afin d’accepter le PDS en donnée d’entrée pour les petits champs, et ainsi de le substituer au concept de dose « ponctuelle ». .

Mots clés: medical linear accelerator; linac; transfer dosimeter; ionizing radiation; radiation field characterization; phantom; treatment planning system; simulation; stereotaxy; small field sizes; treatment dosimetric accuracy; conversion protocol; metrology; dosimetry; dose measurement; delivered dose; radiotherapy; absorbed dose; correction factors; stereotactic irradiation; point dose; dose area product; field size; collimator; national dosimetry reference; clinical user transfer

Domaines: Physique Médicale [physics.med-ph]

Julien Jurczak, Benjamin Rapp, Stéphane Dufreneix, Jean Gouriou, Franck Delaunay, et al.. Towards a new dosimetry reference quantity for stereotactic radiotherapy: The dose area product. 58es Journées Scientifiques de la Société Française de Physique Médicale, Jun 2019, Angers, France. pp.51, ⟨10.1016/j.ejmp.2019.09.165⟩. ⟨cea-04554656⟩