Optimization of the Gafchromic™ EBT protocol for IMRT QA

Quality assurance of external beam (radio)therapy (EBT) requires tools with specific characteristics. A radiochromic film dubbed “Gafchromic™ EBT” (G-EBT) that is particularly suited for external beam therapy because of its features was introduced in 2004. Its characteristics, especially the high spatial resolution, make it suitable for measurement of dose distributions in radiotherapy, especially intensity-modulated radiation therapy (IMRT). While several aspects of the film characteristics have been previously reported separately, we present a comprehensive evaluation centered on practical IMRT verification, leading to an optimized protocol. Therefore the constancy within one batch, the relationship between optical density (OD) and dose (dose range between 1.4Gy and 8.4Gy) and the dose rate dependence for four dose rates (55, 108, 217, 441 MU/min) were investigated. In addition to these characteristics, energy dependence between two energies (50 kV and 6 MV), tissue equivalency, post irradiation coloration over one month, pressure and temperature sensitivity were evaluated. We then optimized the protocol using the G-EBT films, in combination with an EPSON-Expression™ 1680pro flatbed scanner, for IMRT QA, while either striving to keep the compound error as small as possible or trying to reduce evaluation time. As a basis for this protocol optimization, the characteristics of the scanner (such as inhomogeneity of the scanning field) and its software (such as consequences of extracting only the red color channel) had to be determined first. The interaction of film and scanner (variation of the OD depending on the scanning direction or the scanning resolution) was assessed as well. Using the optimized protocol for IMRT QA, the compound error could be reduced to approximately 2% for a quality-driven approach and maximum 5.5% for an approach attempting to reduce procedure time. While the quality-driven approach provides appropriate accuracy for individual patient QA, the procedure-time driven approach can only be used for preliminary measurements.

ZusammenfassungQualitätssicherung für die Teletherapie (external beam therapy – EBT) erfordert Messmittel mit speziellen Eigenschaften. 2004 wurde ein radiochromer Film namens „Gafchromic™ EBT“ (G-EBT) entwickelt, der genau diese Eigenschaften erfüllen sollte. Diese Eigenschaften, speziell die hohe Ortsauflösung, machen Messungen von steilen Dosisgradienten, wie sie bei der intensitätsmodulierten Strahlentherapie (IMRT) vorkommen, erst möglich. Da einige Aspekte der G-EBT Filme in bisherigen Studien meist nur einzeln untersucht wurden, soll in dieser Studie eine volle Evaluierung, optimiert auf die individuelle IMRT-Patientenplanverifikation, gezeigt werden. Hierzu wurden zunächst die Film-zu-Film-Unterschiede innerhalb einer Charge, das Verhältnis zwischen optischer Dichte (OD) und Dosis (innerhalb eines Dosisbereiches von 1.4Gy bis 8.4Gy) sowie die Dosisleistungsabhängigkeit für vier Dosisleistungen (55, 108, 217, 441 MU/min) untersucht, da diese Eigenschaften essentiell für die IMRT QA sind. Zusätzlich wurden noch Energieabhängigkeit zwischen zwei Energien (50 kV und 6 MV), die Gewebeäquivalenz, die Schwärzung in Abhängigkeit der Zeit (über einen Monat), sowie die Temperatur- und Druckempfindlichkeit evaluiert. Danach wurde der Einsatz der G-EBT Filme für die IMRT QA, in Kombination mit einem EPSON-Expression™ 1680pro Scanner für zwei Strategien optimiert: Im ersten Ansatz wurde versucht, den Gesamtfehler zu minimieren. Daneben wurde ein Protokoll entwickelt, welches die Evaluierungszeit minimieren sollte. Als Basis hierfür wurden die Charakteristika von Scanner und zugehöriger Software (Inhomogenität über den Scanbereich, das Auslesen des roten Farbkanals, die Veränderung der OD in Abhängigkeit der Filmorientierung während des Scanvorgangs und der Auflösung) untersucht.Während der erste Ansatz mit einem Gesamtfehler von maximal 2% uneingeschränkt die Anforderungen für die individuelle Planverifikation erfüllt, ist der zeitoptimierte Ansatz mit einem Fehler von 5,5% lediglich für orientierende Messungen geeignet.