A Monte Carlo based source model for dose calculation of endovaginal TARGIT brachytherapy with INTRABEAM and a cylindrical applicator

PurposeTo generate and validate a source model of a miniature X-ray generator (INTRABEAM, Carl Zeiss Surgical, Oberkochen, Germany) for endovaginal TARGeted Intra-operative radioTherapy (TARGIT) brachytherapy a Geant4-based Monte Carlo (MC) tool was developed. The model was used to calculate the accurate relative dose distribution for the source combined with a cylindrical applicator which was developed for endovaginal treatment.Methods and MaterialsGeometries with given materials of the X-ray source and applicator were implemented in a Geant4-based dose calculation framework. To reduce the calculation time, phase space files for a set of circular electron beam foci and different beam radii were precalculated. Different beam radii had to be considered because the exact electron beam path on the target is not known in advance. To estimate the electron beam radius distribution of the system, a least squares minimization between the EBT film measured relative dose distribution and the simulation was performed.ResultsRelative dose distributions were calculated and compared with Gafchromic EBT film measurements to validate the MC method. In a region of interest around the source, the 2%/2 mm gamma criterion matched with 98%. Profiles showed excellent agreement between measurement and simulation. The calculation time to simulate an entire treatment was twelve minutes.ConclusionsThe method was able to predict the radius and width of the trajectory where the electrons impact on the target. This enables the complete simulation. The developed method allows calculating relative dose distributions for endovaginal TARGIT brachytherapy matching measured relative dose distributions within clinically acceptable limits.

ZusammenfassungZielEin Modell einer Miniatur-Röntgenquelle (INTRABEAM, Carl Zeiss Surgical, Oberkochen, Deutschland) zur endovaginalen TARGIT-Brachytherapie sollte mit Hilfe eines Geant4-basierten Monte-Carlo-Codes entwickelt und validiert werden. Dieses Modell wurde zur präzisen Berechnung von relativen Dosisverteilungen der Quelle mit einem Zylinderapplikator zur endovaginalen Behandlung verwendet.Material und MethodenDie Geometrie der gegebenen Materialien der Röntgenquelle und des Applikators wurden in den Geant4-basierten Dosisberechnungscode implementiert. Phasenraum-Dateien für verschiedene kreisförmige Elektronenstrahlradien wurden vorberechnet, um die Berechnungszeit zu reduzieren. Die Elektronenstrahlradiusverteilung des Systems wurde mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate bestimmt, wobei eine mit EBT-Film gemessene Dosisverteilung mit der Simulation verglichen wurde.ErgebnisseMonte-Carlo-Berechnungen wurden durchgeführt und die simulierten relativen Dosisverteilungen mit Gafchromic EBT Filmmessungen verglichen. In dem relevanten Bereich um den Applikator lieferte das 2%/2 mm Gamma-Kriterium ein Ergebnis von 98%. Die Profilvergleiche zeigten eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Messung und Simulation. Die Rechenzeit für eine vollständige Simulation betrug zwölf Minuten.SchlussfolgerungDie Methode war in der Lage, Radius und Breite der Elektronentrajektorie zum Target vorherzusagen. Dies ermöglichte die vollständige Simulation. Diese Dosissimulationsmethode erlaubt die Berechnung von relativen Dosisverteilungen zur endovaginalen TARGIT-Brachytherapie, die innerhalb klinischer Toleranzen mit den Messungen übereinstimmen.