(60)Co遠隔治療装置を用いた全身照射の高速モンテカルロシミュレーション

Fast Monte Carlo simulation for total body irradiation using a (60)Co teletherapy unit.

• Xiaodong Liu
• Danielle Lack
• Joseph T Rakowski
• Cory Knill
• Michael Snyder

抄録

当院ではTheratron 780 60Coを改造したユニットを使用してTBIを実施している。この治療のための線量を計算する治療計画システムには限界があるため、患者内の線量分布を計算する高速モンテカルロコードを開発した。このアルゴリズムはC言語で書かれており、CT画像からのボクセル密度情報を使用して不均一な媒体での線量を計算しています。このアルゴリズムをテストするために、高密度のインサートを用いた単純な水ファントムとRANDOファントムでフィルムベースの線量測定を別々に行い、モンテカルロアルゴリズムによって計算された線量と比較した。さらに、RANDOファントムを用いてGEANT4によるシミュレーションを実施し、フィルム及び社内シミュレーションとの比較を行った。すべての結果は、フィルム解析ソフトウェアRIT113を用いて解析しました。水ファントムでのシミュレーションでは、ファントム内の最大線量の深さ0.5cmを正確に予測することができた。ビームの中心軸に沿って測定されたPDDは、モンテカルロコードから生成されたPDDとほぼ一致し、水ファントムの深さに沿って平均でわずか3%の誤差しか生じなかった。高密度挿入部の内側の面で測定された線量は、クロスプロファイル測定で平均4.9%の差があった。RANDOファントムでは、ガンマ線通過率は3mmの3%で91%から99%の間で変化し、測定した4つのフィルム面では5mmの5%で99%を超えていた。フィルム全体で撮影されたプロファイルと両方のシミュレーションは、測定された各スライス内のすべてのプロファイルについて、2％未満の平均相対差をもたらした。ここで紹介したモンテカルロ法は、当センターのTBI治療で提供される線量分布を計算するための実行可能な方法である可能性がある。治療計画の主要な方法として十分に洗練されてはいないが、現在の分解能では、このアルゴリズムは数時間以内に1人の患者の線量分布を決定し、TBI治療の計画に臨床的に有用な情報を提供している。適切な最適化を行えば、ここで紹介したモンテカルロ法は、60Co TBIの第一選択の治療計画の選択肢として実装される可能性がある。

Our institution delivers TBI using a modified Theratron 780 60Co unit. Due to limitations of our treatment planning system in calculating dose for this treatment, we have developed a fast Monte Carlo code to calculate dose distributions within the patient. The algorithm is written in C and uses voxel density information from CT images to calculate dose in heterogeneous media. To test the algorithm, film-based dose measurements were made separately in a simple water phantom with a high-density insert and a RANDO phantom and then compared to doses calculated by the Monte Carlo algorithm. In addition, a separate simulation in GEANT4 was run for the RANDO phantom and compared to both film and the in-house simulation. All results were analyzed using RIT113 film analysis software. Simulations in the water phantom accurately predict the depth of maximum dose in the phantom at 0.5 cm. The measured PDD along the central axis of the beam closely matches the PDD generated from the Monte Carlo code, deviating on average by only 3% along the depth of the water phantom. Dose measured at planes inside the high-density insert had a mean difference of 4.9% on cross-profile measurement. In the RANDO phantom, gamma pass rates vary between 91% and 99% at 3 mm, 3%, and were >99% at 5 mm, 5% for the four film planes measured. Profiles taken across the film and both simulations resulted in mean relative differences of < 2% for all profiles in each slice measured. The Monte Carlo algorithm presented here is potentially a viable method for calculating dose distributions delivered in TBI treatments at our center. While not yet refined enough to be the primary method of treatment planning, the algorithm at its current resolution determines the dose distribution for one patient within a few hours, and provides clinically useful information in planning TBI. With appropriate optimization, the Monte Carlo method presented here could potentially be implemented as a first-line treatment planning option for 60Co TBI.