Eignung von Bestrahlungs-Logfiles für eine phantomlose patientenspezifische Qualitätssicherung in der Protonentherapie: Untersuchung der Reproduzierbarkeit von Logfile-Auswertungen

Einleitung
Da Bestrahlungs-Logfiles in der Protonentherapie Informationen über Energie, Position und Monitoreinheiten (MU) aller abgestrahlten Spots enthalten, ermöglichen sie eine Rekonstruktion der applizierten Dosis und bilden damit eine wichtige Komponente für eine phantomlose, patientenspezifische Qualitätssicherung (PSQA). Für eine zuverlässige Einschätzung der Dosisapplikation innerhalb einer solchen PSQA vor oder zum Therapiebeginn muss die Reproduzierbarkeit der Logfile-Parameter gewährleistet sein, d.h. tägliche Schwankungen der Logfile-Parameter dürfen keinen relevanten Einfluss auf die Fraktionsdosis haben. Wir haben Bestrahlungslogfiles diesbezüglich retrospektiv ausgewertet und deren Dosisverteilungen verglichen.

Material und Methoden
Die Logfile-Variabilität wurde sowohl auf Spotparameter- als auch auf Dosisebene untersucht. Für 14 Bestrahlungspläne (Tab.1; unterschiedliche Tumorlokalisationen und Gantrywinkel; 100 ≤ Energie/MeV ≤ 226,7; 0,02 ≤ MU/Spot ≤ 4,75) wurden die Logfiles aller Fraktionen analysiert. Aus den Parametern x/y-Position und MU wurden für 108.610 Spots die jeweilige mittlere Abweichung vom geplanten Wert (Genauigkeit) und die Standardabweichung vom Mittelwert (Reproduzierbarkeit) über alle Fraktionen berechnet. Die aus den Logfiles der insgesamt 339 Fraktionen rekonstruierten Dosisverteilungen wurden mittels 3D Gamma-Index-Analyse ausgewertet. Die dosisbasierte Γ-Durchlassrate wurde mit einer spotbasierten Logfile-Durchlassrate Λ(d) verglichen. Diese wurde definiert als die MU-Summe aller Spots, deren Distanz zur geplanten Position ≤ d ist, relativ zur Fraktions-MU.

Ergebnisse
Die mittlere spotweise Genauigkeit bezüglich der Planposition betrug (0,6 ± 0,3) mm und bezüglich der Plan-MU (0,0001 ± 0,0023) MU. Die mittlere Reproduzierbarkeit der Einzelspots lag bei (0,2 ± 0,1) mm und (0,0004 ± 0,0004) MU (Mittelwert ± Standardabweichung der Einzelwerte). Diese Abweichungen führen in allen untersuchten Fraktionen zu minimalen Änderungen in den Dosisverteilungen mit Gamma-Durchlassraten von Γ(2mm/2%) > 99%. Die Ergebnisse für sensitivere Kriterien Γ(1mm/1%) sind planspezifisch (Abb.1), jedoch pro Plan im Mittel > 92,6% und korrelieren mit der Λ(1mm)-Durchlassrate (Tab.1; 0,51 ≤ rPearson ≤ 0,99).

Zusammenfassung
Die untersuchten Einzelspotparameter sind über alle Fraktionen durchgängig stabil. Auch größere Positionsabweichungen sind im Submillimeterbereich reproduzierbar, was eher auf systematische Abhängigkeiten zwischen den Planparametern als auf Messfehler in den Strahlmonitoren hinweist. Geringe, klinisch nicht relevante Schwankungen in den Fraktionsdosisverteilungen konnten mittels sensitiver Gamma-Index-Analyse detektiert werden. Dies qualifiziert die Logfiles des Bestrahlungssystems für eine zuverlässige phantomlose PSQA und verspricht aufgrund der hohen Sensitivität einen außerordentlichen Nutzen für eine retrospektive Kontrolle der Bestrahlungsqualität im Rahmen einer zukünftigen online-adaptiven Protonentherapie.