Published March 2015 | Version v1
Journal article

Roll and pitch set-up errors during volumetric modulated arc delivery. Can adapting gantry and collimator angles compensate

  • 1. VU University Medical Center, Department of Radiation Oncology, Amsterdam (Netherlands)

Description

The purpose of this work was to investigate whether adapting gantry and collimator angles can compensate for roll and pitch setup errors during volumetric modulated arc therapy (VMAT) delivery. Previously delivered clinical plans for locally advanced head-and-neck (H and N) cancer (n = 5), localized prostate cancer (n = 2), and whole brain with simultaneous integrated boost to 5 metastases (WB + 5M, n = 1) were used for this study. Known rigid rotations were introduced in the planning CT scans. To compensate for these, in-house software was used to adapt gantry and collimator angles in the plan. Doses to planning target volumes (PTV) and critical organs at risk (OAR) were calculated with and without compensation and compared with the original clinical plan. Measurements in the sagittal plane in a polystyrene phantom using radiochromic film were compared by gamma (γ) evaluation for 2 H and N cancer patients. For H and N plans, the introduction of 2 -roll and 3 -pitch rotations reduced mean PTV coverage from 98.7 to 96.3 %. This improved to 98.1 % with gantry and collimator compensation. For prostate plans respective figures were 98.4, 97.5, and 98.4 %. For WB + 5M, compensation worked less well, especially for smaller volumes and volumes farther from the isocenter. Mean comparative γ evaluation (3 %, 1 mm) between original and pitched plans resulted in 86 % γ < 1. The corrected plan restored the mean comparison to 96 % γ < 1. Preliminary data suggest that adapting gantry and collimator angles is a promising way to correct roll and pitch set-up errors of < 3 during VMAT for H and N and prostate cancer. (orig.)

Availability note (English)

Available from: http://dx.doi.org/10.1007/s00066-014-0766-2

Abstract (German)

Das Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, ob Anpassungen von Gantry- und Kollimatorwinkeln Positionierungsfehler in VMAT-Bestrahlungsplaenen kompensieren koennen. Fuer diese Studie wurden zuvor angefertigte klinische Bestrahlungsplaene von lokal fortgeschrittenen Kopf-Hals-Tumoren (HNO, n = 5), Prostatatumoren (n = 2) und ganzen Schaedeln mit gleichzeitigem Boost auf 5 Metastasen (WB + 5M, n = 1) verwendet. Positionierungsfehler wurden simuliert, indem bei den entsprechenden Planungs-CT-Bildern bekannte rigide Rotationen angewandt wurden. Die hieraus entstehenden Abweichungen in den Bestrahlungsplaenen wurden durch Anpassungen der Gantry- und Kollimatorwinkel auf Basis eines hierfuer entwickelten Softwareprogramms kompensiert. Die Dosis im Planungszielvolumen(PTV) und in kritischen Risikoorganen (OAR) wurde sowohl fuer die nichtkompensierte als auch fuer die kompensierte Situation, berechnet und mit der Dosis im klinischen Plan verglichen. Die in Sagittalebene an einem Polystyrol-Phantom mittels Radiochromfilm gemessene Dosisverteilung wurde in einer Gamma-(γ-)Auswertung fuer zwei HNO-Tumorpatienten verglichen. In den HNO-Plaenen verursachten die Rotation von 2 um die kraniokaudale und 3 um die Links-Rechts-Achse eine Abnahme der gemittelten PTV-Dosis von 98,7 % auf 96,3 %. Durch die Winkelkompensation konnte dieser Wert auf 98,1 % verbessert werden. Fuer die Prostataplaene sind die entsprechenden Werte 98,4, 97,5 und 98,4 %. Im Fall der WB + 5M fiel die Kompensation geringer aus, vor allem fuer kleinere und vom Isozentrum entferntere Volumen. Die vergleichende γ-Auswertung (3 %, 1 mm) zwischen den Originalplaenen und den Plaenen mit simulierter Rotation ergab fuer 86 % der Datenpunkte einen Wert < 1. Im kompensierten Plan verbesserte sich dieser Wert auf 96 % der Datenpunkte. Die Resultate dieser Studie zeigen, dass die Anpassung von Gantry- und Kollimatorwinkeln ein wirksamer Loesungsansatz ist, um in VMAT-Plaenen fuer HNO- und Prostatatumore Positionierungsfehler durch Rotationen < 3 zu kompensieren. (orig.)

Additional details

Identifiers

Publishing Information

Journal Title
Strahlentherapie und Onkologie
Journal Volume
191
Journal Issue
3
Journal Page Range
p. 272-280
ISSN
0179-7158
CODEN
STONE4