DOPORU ČENÍ KORESPONDEN ČNÍ TLD AUDIT V SYSTÉMU JAKOSTI V RADIOTERAPII OBSAH 1. Úvod 3 2. TLD systém 4 3. TLD audit v radioterapii 8 3.1. Kontrola kalibrace svazk ů a kontrola kvality svazk ů 8 3.2. Kontrola dávkové distribuce generované radioterapeutickými plánovacími systémy 9 3.3. Vyhodnocení a analýza výsledk ů 11 3.4. Organizace a praktická realizace koresponden čních TLD audit ů 12 Literatura 13 P ŘÍLOHA I. 14 Praktický návod - Kontrola kalibrace svazku a kontrola kvality svazku P ŘÍLOHA II. 23 Praktický návod - Kontrola dávkové distribuce generované radioterapeutickými plánovacími systémy 21. ÚVOD Tato publikace popisuje metody pro nezávislý TLD audit kvality vybraných parametr ů radionuklidových oza řova čů, lineárních urychlova čů elektron ů a dalších za řízení pot řebných pro externí radioterapii. Tyto metody byly vypracovány v rámci řešení institucionálního výzkumu Státního ústavu radia ční ochrany, grantového projektu IGA MZ č. NC5948 a v rámci ú časti ČR v mezinárodních projektech EROPAQ (pan-European Radiation Oncology Programme for Assurance of Treatment Quality) a EURAQA (pan-European Radiotherapy Quality Assurance) a v projektu IAEA E.2.40.07. Je obecn ě p řijato, že celková nejistota pro sd ělení p ...
DOPORUČENÍ KORESPONDENČNÍ TLD AUDIT V SYSTÉMU JAKOSTI V RADIOTERAPII
Literatura13
OBSAH 1. Úvod32. TLD systém43. TLD audit v radioterapii83.1. Kontrola kalibrace svazkůa kontrola kvality svazků8 3.2. Kontrola dávkové distribuce generované radioterapeutickými plánovacími systémy9 3.3. Vyhodnocení a analýza výsledků113.4.Organizace a praktická realizace korespondenčních TLD auditů12
PŘÍLOHA I. 14 Praktický návod - Kontrola kalibrace svazku a kontrola kvality svazku PŘÍLOHA II. 23 Praktický návod - Kontrola dávkové distribuce generované radioterapeutickými plánovacími systémy
2
1. ÚVOD Tato publikace popisuje metody pro nezávislý TLD audit kvality vybraných parametrůradionuklidových ozařovačů, lineárních urychlovačů elektronů dalích za ařízení potřebných pro externí radioterapii. Tyto metody byly vypracovány v rámciřeení institucionálního výzkumu Státního ústavu radiační ochrany, grantového projektu IGA MZč. NC5948 a v rámci účastiČR v mezinárodních projektech EROPAQ (pan-European Radiation Oncology Programme for Assurance of Treatment Quality) a EURAQA (pan-European Radiotherapy Quality Assurance) a v projektu IAEA E.2.40.07. Je obecně přijato, e celková nejistota pro sdělení předepsané dávky do cílového objemu při radioterapii by neměla přesáhnout hodnotu 5% (např. /1/, /2/, /3/). Díky mnoství a sloitosti procedur zahrnutých v radioterapii, tj. počínaje od základní dozimetrie svazkůpřes plánování léčby a simulaci léč ozáby a kření pacienta, právě vývoj a aplikace adekvátního systému zabezpečení jakosti představuje klíčový nástroj k redukci chyb vznikajících v průbě dosaeníhu radioterapeutického procesu, a tedy k přijatelné úrovněcelkové nejistoty ve sdělení předepsané dávky do cílového objemu. VČeské republice je systém zabezpečení jakosti v radioterapii zaměřen zvlátě na zdroje záření. Dle vyhláky 307/2002 Sb. jsou radioterapeutické zdroje záření klasifikovány jako významné zdroje ionizujícího záření. Jejich pouití je tedy podmíněno ustanovením a realizací adekvátního systému zabezpečení jakosti na daném radioterapeutickém pracoviti. Realizace systému jakosti přitom spoč provádívá zejména vění přejímacích zkouek, zkouek provozní stálosti a zkouek dlouhodobé stability v pravidelnýchčasových intervalech. Dílčí metodiky pro provádění tě sérii pchto zkouek jsou uvedeny vředchozích Doporučení vydaných Státním úřadem pro jadernou bezpečnost. Dalí významnou slokou systému zabezpeč radioterapii je nezávislý auditení jakosti v kvality. VČeské republice jsou vyuívány dvě nezáviského auditu, a to tzv. in-situ formy audit a korespondenční TLD audit. In-situ audit je prováděn jakoto měření na místěskupinou expertůoprávněnou pro tutočinnost. TLD audit, který je předmětem této publikace, spočívá v zaslání dozimetrické sestavy na dané radioterapeutické pracovitě, které provede v souladu s návodem ozáření TL-dozimetrů, resp. filmů. Následné vyhodnocení výsledkůměření dozimetrické sestavy podává informaci o úrovni systému zabezpečení jakosti na daném pracoviti ve smyslu přesnosti aplikovaných dávek. Popis přísluných metodik v rámci TLD auditu v radioterapii je uveden v této publikaci.
3
2. TLD SYSTÉM Pouitý TLD systém (TL-materiál, dozimetry, reader, způsob zpracování naměřených dat) musí respektovat specifika měř radioterapii. V podmínkáchení dávek v externíČeské republiky se tedy převáně o m jednáěření dávky absorbované ve vodě hodnot v oblasti kolem 2 Gy indukované zářením gama o energii 662 keV (137Cs) nebo 1,25 MeV (60Co), elektrony o energii 6 a 20 MeV a zář 4 a 18 MV (lineární urychlovaením X v rozsahuče elektronů). S přihlédnutím k zastoupení jednotlivých kvalit záření pouívaných vČeské republice byl jakoTL materiál vybránLiF:Mg,Ti MT-N, výrobce TLD Niewiadomski, Polsko) (typ v prákové formě dozimetrického. Tento materiál vykazuje z hlediska některé vhodné vlastnosti jako je nekomplikovaná dávková a energetická závislost a přijatelná míra fadingu. Jednou z dalích výhod je, e efektivní atomovéčíslo tohoto materiálu (Zef 8.14) jej = přibliuje k poadavku tkáňové ekvivalentnosti (Zef,tkáň= 7.42). Vzhledem k tomu, e velikost zrn práku je mezi 80 a 200 µm, není třeba materiál prosívat (přítomnost zrn meních ne 70 µm by zhorila přesnost měření). Příprava a měření dozimetrů ve formě je sice práku manuálně náročnějí, ale jeho vyuití je ospravedlněno dosaením větí přesnosti měření, neboť materiál ve formě je chemicky mnohem homogenn prákuějí ne stejný materiál ve formě pevných detektorů. Velmi dobrá reprodukovatelnost a přesnost měření je přitom v radioterapii nezbytná.
Obr. 1:Měřící TLD systém manuálníreader Harshaw 4000 a dispenzor pro přípravu TLD vzorkůPřed dozimetrickým pouitím nové sady TL práku se vdy provádí jeho annealing k dosaení optimalizace dozimetrických charakteristik.Annealing realizován vyh jeřátím práku v peci při teplotě 400°C následným po dobu 1 hodiny s ochlazením a dodatečným vyhřátím na teplotu 100°C po dobu 2 hodin. Poté je materiál skladován na suchém tmavém místěse stabilní pokojovou teplotou, kde je připraven k pouití. SamotnýTL dozimetr formu sv máětlotěsné vodotěsné cylindrické polyetylénové kapsle naplněné připraveným TL prákem (délka 20 mm, vnitřní průměr 3 mm, tlouťka stěny 1 mm). Rozdělený v kapslích je TL materiál připraven k ozáření v určité poloze ve fantomu. Kadá kapsle obsahuje přiblině 160 mg práku, co poskytuje 9 a 10 identických vzorků(15,8 mg ± 1,3%). Tyto vzorky jsou připraveny pomocí speciálního přesného dispenzoru (viz
4
obr. 1), který umoňuje vloení jednotlivých vzorkůTL materiálu do kovových mističek. Tyto mističky jsou dostatečně aby mohly být vloeny na vyh malé,řívací planetu TLD readeru. Ozářený materiál je pak měřen při aplikaci optimalizovaného vyhřívacího cyklu. V případěmateriálu LiF:Mg,Ti a manuálního readeru Harshaw 4000 (viz obr. 1) vyhřívací cyklus zahrnuje předehřdobu 8 s, následovaný lineárním vzestupem teplotyev na teplotu 130°C po rychlostí 10°Cs-1na maximum 250°C, kdy dochází kečtení signálu po dobu 20 s. Během těchto měření jsou rovně registrovány vyhřívací křivky jednotlivých vzorků d zůvodu monosti zachycení eventuálních chyb přístroje nebo materiálu. Jednotlivé naměřené odezvy vzorkůpř kapslí ozá TLDipravených zřených na dávku 2 Gy vykazují Gaussovo rozdělení s variačním koeficientem v = 1,85%. Variační koeficient pro průměr vztaený k jedné kapsli potom nepřekračuje hodnotu 0,65%. TLdozimetrie je relativní metoda a k převodu naměřených hodnot na dávku je tedy třeba přesnákalibrace TLD systému. Pro odvození kalibračního faktoru TLD systému je skupina TL dozimetrůozářena na dávku 2 Gy pomocí referenčního zdroje60Co. Při ozáření jsou dozimetry vloeny ve vodním fantomu v přesnědefinované poloze pomocí standardního stojánku IAEA (viz obr. 2). Dozimetr je přitom uloen ve hloubce 5 cm ve vzdálenosti 100 cm od zdroje při nastavení ozařovacího pole 10 × 10 cm2. Dávka je přitom určena na základěpředchozího ionizačního měření komůPTW 30002 a elektrometrem PTW Unidos 10002,rkou které jsou kadoročně kalibrovány ve Státním metrologickém středisku. Stanovení dávky je přitom v souladu s protokolem IAEA /4/.
Obr. 2:Kalibrace TL-dozimetru ve vodním fantomu Pokud Rcal je nam [nC]ěřená odezva kalibračních TL dozimetrů ozářených dávkou Dcal[Gy], pak kalibrační faktor TLD systému, Kcal, je: Kcal= Dcal/Rcal[Gy/nC]
5
K přepočtu naměřené hodnoty TL dozimetru na dávku jsou vak kromě kalibračního faktoru TLD systému Kcal zapotřebí i dalí korekční faktory zohledňující dozimetrické vlastnosti TL materiálu, a to jeho energetickou závislost, dávkovou závislost a fading. Korekční faktor pro energetickou závislost, Ken, je třeba aplikovat, pokud se kvalita měřeného záření lií od kvality svazku60Co, tedy pro svazky záření X a svazky elektronů. Faktor Ken pak ur sečuje na základě měření za referenčních podmínek (vodní fantom, vertikální svazek, pole 10 × 10 cm2, běné SSD nebo SAD, hloubka 5 nebo 10 cm dle kvality záření X nebo hloubka dávkového maxima pro elektrony) ze vztahu: [ R/D]Co-60 Ken= [ R/D]enkde R je TL odezva naměřená při ozáření materiálu zářením dané kvality na dávku D. V tabulce 1 jsou uvedeny naměřené hodnoty Kenmateriálu LiF:Mg,Ti pro různé kvality záření. Tabulka 1:Kenmateriálu LiF:Mg,Ti pro různé kvality záření Záření X Elektrony Nominální QI Ken Energie K (MeV)enenergie (MV) 6 0.68 1.012 6 9 1.04 10 0.73 1.02 10 18 1.03 18 0.77 1.03 19 23 1.02 Korekční faktor, Klin, pro dávkovou závislost TL materiálu nabývá na významučím více se měřená dávka lií od kalibrač2 Gy. Lze jej stanovit z namní hodnoty ěřených odezev TL dozimetrů R ozářených za referenč intervalu dávek D, které pních podmínek vřicházejí v úvahu, tedy přiblině od 1.5 do 2.5 Gy. Hodnoty R/D lze vyjádřit jako funkci dávky D. Při normalizaci vzhledem k bodu D = 2 Gy pak lze odvodit funkci: Klin= a + b·D Na obrázku 4 je znázorněn typický průběh této funkce.
Klin= 1.0486 - 0.0243 D
1.015 1.010 1.005 1.000 Klin 0.995 0.990 0.985 0.980 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 D [Gy] Obr. 4:Příklad růběhu funkce Klinv závislosti na dávce D materiál LiF:M ro ,Ti
6
Korekční faktor pro fading, Kfad, by měl být pouit pokud byly měřené dozimetry ozářeny jindy ne kalibrační dozimetry. Pak je nutno vycházet z experimentálně stanovené funkce poklesu naměřené odezvy TLD v závislosti načase. Na obrázku 5 je uveden průběh relativní odezvy měř dni po ozáení TLD (normalizováno vzhledem k 15.ř na závislostiení) v čase. Při korespondenčním TLD auditu nejsou dozimetry měřeny dříve ne 15. den po ozáření, obvykle jsou meřeny mezi 20. a 30. dnem po ozáření na radioterapeutickém pracoviti, a proto v praxi korekce na fading vycházejí z hodnot relevantních k tomuto období. Pokud je kalibrační dozimetr měřen včase t1 po ozáření a kontrolní dozimetr je měřen včase t2 po ozáření, pak korekční faktor pro fading je dán vztahem: Kfad= (Rrel)t2/(Rrel)t1, kde Rreljsou relativní odezvy stanovené z grafu.
1.005 1.000 0.995 0.990 0.985 0.980 15 20 25 30 35 40 45 Počet dní po ozáření Obr. 5: ,TiFadin materiálu LiF:M Jak je vidět z průběhu funkce, pokud se výrazněji lií datum ozáření kalibračních dozimetrůa kontrolních dozimetrů, je výhodné posunout termín měření tak, aby obě dozimetr skupinyůbyly měřeny v doběpo 20 dnu od ozáření. Tímto způsobem lze omezit vliv fadingu. Hodnoty korekčních faktorů Ken, Klin K afad je třeba individuálně pro kadou odvodit novou sadu TL-materiálu. Výe uvedené hodnoty lze vak povaovat za typické. Dávka absorbovaná ve vodě míst, D [Gy], vě TL-dozimetru nam se pak zěřené odezvy ozářeného TL-dozimetru, R, vypočte podle vztahu: D = R·Kcal· Ken· Klin· KfadCelková nejistota stanovení dávky D za pouití popsaného TLD systému je určena jako odmocnina součtučtverců nejistot stanovení kalibra jednotlivýchčního faktoru a korekčních faktorůpro energetickou závislost, dávkovou závislost a fading. Celková nejistota stanovení dávky na hladinějedné standardní odchylky pak vychází 1.5% pro významnosti svazky60Co, 1.9% pro svazky záření X a 2.3% pro elektronové svazky.
7
3. TLD AUDIT V RADIOTERAPII3.1. Kontrolakalibrace svazku a kontrola kvality svazku Kontrola kalibrace svazku se provádí pro vechny klinicky pouívané fotonové a elektronové svazky. Pro tento účel slouí standardní stojany IAEA, kterými jsou vybavena vechna radioterapeutická pracovitě. Pro kontrolu kalibrace svazku jsou TL-dozimetry fixované ve stojánku uloeny ve vodním fantomu v přesnědefinované poloze a poté jsou ozářeny za referenčních podmínek: a) profotonové svazky jedná o ozá seření vertikálním svazkem při nastavení běné hodnoty SSD nebo SAD a velikosti ozařovacího pole 10 × 10 cm2. Hloubka uloení dozimetru ve vodě na kvalit závisíě záření. Pro svazky zář QIení s≤ 0.70 se nastavuje hloubka 5 cm, pro svazky s QI > 0.70 se pouívá hloubka 10 cm ve vodě. Ozařovacíčas, resp. počet MU se pomocí plánovacího systému stanovuje tak, aby hodnota dávky v místěTL-dozimetru byla 2 Gy. Geometrie ozáření je znázorněna na obrázku 6.
Obr. 6:Kontrola kalibraceObr. 7:Kontrola kvality svazků h svazk fotonovýců záření X Kvalitu svazků záření X lze ověřit pomocí poměru D20/D10 m stanovenéhoěřením TL dozimetrů stojánkem a ozá fixovanýchřených v hloubce 20 cm a 10 cm ve vodním fantomu. Na obrázku 7 je znázorněna geometrie ozáření TLD. Hodnota tohoto poměru se porovnává s hodnotou stanovenou radioterapeutickým pracovitěm. Kontrola kvality svazku se provádí jako doplňující měř pení pouze vřípadě, e při předchozí kontrole kalibrace daného svazku byla naměřena významná odchylka. b) proelektronové svazky se jedná o ozáření vertikálním svazkem při nastavení běné hodnoty SSD a velikosti ozařovacího pole 10 × 10 cm2. Hloubka uloení dozimetru se volí jako hloubka dávkového maxima, dmax. Tuto hloubku lze snadno nastavit pomocí přísluného stojánku IAEA pro elektronové svazky. Počet monitorovacích jednotek vypoč ptených plánovacím systémem vychází zředpokladu dávky 2 Gy v místě TL dozimetru. Geometrie ozáření je znázorněna na obrázku 8.
8
Obr. 8:Kontrola kalibrace elektronových svazků
dmax
Detailní popis metodiky ozáření TLD je uveden v Příloze 1 návodu pro radioterapeutická pracovitě. Dávky naměřené TL dozimetry se poté porovnávají s stanovenými dávkami radioterapeutickým pracovitěm. 3.2. Kontrola dávkové distribuce generované radioterapeutickými plánovacími systémy Ke kontrole dávkové distribuce generované plánovacími systémy lze pouít speciální víceúč fantom multi-purpose)elový (/5/, jeho předností je, e s jeho pomocí lze simulovatčást kterými prochází pacienti bz procedur,ěhem externí radioterapie svazk y záření X a gama. Jde zejména o posloupnost CT plánovací systém ozařovač. VČeské republice se pouívá víceúčelový fantom EC MPP vyvinutý v projekt rámciůEROPAQ/EURAQA, který se skládá z celkem 5 do sebe vzájemně zapadajícíchčástí a je konstruován tak, e dovnitř vloit termoluminiscen lzeční dozimetry (TLD) nebo film (obr.9). Je vyroben z pevného vodě ekvivalentního materiálu (ρ = 1,03 g/cm3), přič dílem jeden zůfantomu obsahuje vzduchovou nehomogenitu a dřevěnou nehomogenitu (ρ = 0,34 g/cm3) simulující plicní tkáň. Měř probíhá jako posloupnost n fantomemení sěkolika kroků, které mají simulovat přípravu a realizaci léčby pacienta.Fantom je nejprve sestaven do poadovaného tvaru. Poté se provádí snímkování fantomu pomocí CT tak, aby získaný snímek vedl centrální transverzální rovinou v souladu se značením na fantomu. Získaný snímek je poté přenesen do počítače pro plánování léčby, kde je moné simulovat určité ozařovací geometrie. Poadavkem přitom je, aby TLD uloený na centrální ose svazku obdrel dávku rovnou hodnotě Gy. Oza 2řování fantomu, uvnitř něho jsou vloeny TLD nebo film, se provádí v souladu s vypočteným plánem. Pak lze porovnat dávku plánovanou pro místo uloení TLD s dávkou naměřenou pomocí TLD. Vyhodnocením filmu vloeného do fantomu lze navíc kontrolovat i charakteristiky dávkového profilu daného svazku. Ozář TLDení fantomu s pro se provádí několik následujících jednoduchých případůozářovacích geometrií běněpouívaných v klinické radioterapii při nastavení běných SSD
9
(SAD), otevřeného pole, kolmého dopadu záření na povrch fantomu a s dozimetry TL uloenými v hloubce 5 cm nebo 10 cm podle kvality záření: ozáření za referenč 10ních podmínek (pole cm × 10 cm) pole ((5 cm, 2 asymetrickécm) × 10 cm, asymetrie nastavena pomocí stínícího bloku nebo kolimátorem) pole (9 cm × 15 cm) obdélníkové různá klínová pole (9 cm × 15 cm, běné klíny) zá dopadř 15 cm × 15 cm, hloubka 8.3 cm na centrálníení na ikmý povrch (pole ose svazku) pole p velkéři velké hloubce (pole cm × 15 cm, hloubka 10 cm) 15 nehomogenity v ozař 15ovaném objemu (pole cm × 15 cm, hloubka 10 cm, TLD umístě oblasti izodóz modifikovaných vzduchovou a dny vřevěnou nehomogenitou). Podrobnosti jsou uvedeny v Příloze II. TLD jsou přitom uloeny v přesně definovaných polohách uvnitř V fantomu. případěvech zkoumaných ozařovacích geometrií se TLD nenacházejí v místech prudkého spádu dávkového gradientu, take přesnost stanovení dávky není významně ovlivněna velikostí TLD. Dávky naměřené pomocí TLD se pak porovnávají s dávkami plánovanými. Pro případ referenčního ozáření jsou kromě pouity i filmy. Na základ TLDěnaměřených dávkových profilůlze hodnotit následující parametry: velikost ozařovacího pole, homogenita, symetrie a ířka polostínu radiačního pole. Toto měření je v rámci auditu vedlejí nicméně mů situaci, kdy je te mít význam vřeba rychle odhalit příčinu významné odchylky, která můe souviset s anomáliemi radiačního pole. Detailní popis metodiky ozáření TLD a filmu ve víceúčelovém fantomu je uveden v Příloze II návodu pro radioterapeutická pracovitě.
Obr. 9:Multipurpose fantomJak je z metodiky patrné, nejedná se pouze o kontrolu přesnosti výpočtu dávky plánovacím systémem, ale jedná se o celkové ověření realizace plánované dávky, která je vak ovlivněnařadou dalích faktorů (kalibrace monitoru dávky, správnost dozimetrických
10
dat zadaných do plánovacího systému, správnost přenosu dat z CT do plánovacího systému, reprodukovatelnostpolohyklínovéhofiltru,apod.).Metodatedyposkytujesouhrnnouinformaci, jak je zabezpečena úroveň radiační ochrany pacientů př hlediskai radioterapii z přesnosti realizace plánované dávkové distribuce. 3.3. Vyhodnocení a analýza výsledkůDávky naměř dávkami stanovenými (vypoené pomocí TLD se porovnávají sčtenými) radioterapeutickým centrem. Pro vechna dávková měření se určuje relativní odchylka mezi dávkou naměřenou TLD, DTLD dávkou stanovenou, D, as, radioterapeutickým pracovitěm: ∆TLD= (DTLD/Ds 1) · 100% Analýza výsledků v případěkontroly kalibrace svazku probíhá následujícím způsobem: |∆D|≤ 3% výsledek v tolerančním rozmezí - v pořádku 3%<|∆D|≤ 6% mení odchylka - opakování TLD auditu 6%<|∆D|≤10% odchylka - opakování TLD auditu, p velkářičem zároveň: - okamit SÚROěnahlásí výsledek na SÚJB - strany dritele povolení je t zeřeba nalézt příčinu odchylky a nahlásit ji SÚJB - p vřípadě potřeby je doporučeno nezávislé ověření formou in-situ auditu 10%<|∆D| mimořádná událost (Vyhláka 219/1997 Sb.), okamitá inspekce SÚJB s přizvanými experty SÚRO V případěkontroly kvality svazku porovnává pomocí TL dozimetr seů naměřená hodnota (D20/D10)TLD, resp. QITLD stanovenou pracovit, s hodnotouěm (D20/D10)s, resp. QIs. Vyhodnocení a analýza výsledků analogickým zp probíháůsobem jako v případě měření dávky. Analýza výsledkův případěkontroly dávkové distribuce generované plánovacími systémyje sloitějí: V případě měř homogenním prostení na centrální ose svazku vředí pro následující jednoduché geometrie ozáření: ozáření za referenčních podmínek (pole 10 cm × 10 cm) pole (9 cm × 15 cm) obdélníkové zá dopadření na ikmý povrch (pole 15 cm × 15 cm, hloubka 8.3 cm na centrální ose svazku) velké pole př cm × 15 cm, hloubka 10 cm)i velké hloubce (pole 15 je toleranční rozmezí stanoveno podmínkou|∆D|≤ 3%. V případěměření na centrální ose svazku pro sloitějí ozařovací geometrie, tj.: asymetrickécm) × 10 cm, asymetrie nastavena pomocí stínícího pole ((5 cm, 2 bloku nebo kolimátorem) různá klínová pole (9 cm × 15 cm, běné klíny)