Development and evaluation of a water-profile-based calibration method for 2D ionization chamber arrays in medical linear accelerator quality assurance.

چکیده اصلی

PURPOSE: To develop and evaluate a water-profile-based (WP) calibration method for two-dimensional (2D) ionization chamber arrays used in medical linear accelerator (linac) quality assurance (QA), and to compare its accuracy, efficiency, and cross-energy applicability with the manufacturer-provided wide-field (WF) calibration method. METHODS: Beam profiles were measured using an IC Profiler (ICP) and a 3D water scanner on three TrueBeam linacs (TB1-TB3) at five photon energies (4, 6, 10 MV flattened; 6, 10 MV flattening-filter-free [FFF]) with a 20 × 20 cm2 field size at a depth of 10 cm. A total of 240 profiles were acquired across eight independent measurement sessions. The WP method derived adjusted calibration factors (ACFs) by directly matching ICP detector responses to water-scanner reference profiles, and was evaluated under three strategies: (i) machine-specific (single linac reference), (ii) machine-integrated (reference pooled across three linacs), and (iii) cross-energy applicability across 20 inter-energy combinations. Performance metrics included per-detector relative differences (mean absolute error [MAE] and standard deviation [SD]) and beam profile characterization (symmetry and flatness). Paired t-tests (n = 30) compared the machine-integrated WP method with the WF method. RESULTS: The WF method yielded a per-detector MAE of 0.31%, with symmetry and flatness MAEs of 0.49% and 0.44%, respectively. The WP method significantly reduced these uncertainties to 0.15-0.16% (per-detector), 0.21-0.27% (symmetry), and 0.27-0.28% (flatness), with medium-to-large effect sizes (Cohen's d = 0.55-0.99; all p < 0.01). Cross-energy application of WP-derived ACFs yielded a per-detector MAE of 0.25%, higher than that of energy-specific WP calibration but lower than that of the WF method in this dataset. Total calibration time decreased from approximately 75 min (WF) to 10-15 min (WP). CONCLUSION: For the tested 20 × 20 cm2 field on TrueBeam linacs with a CC13/Blue Phantom2 water-scanner reference, the proposed WP calibration method provided closer agreement with the water-scanner reference and a substantially shorter calibration time than the manufacturerprovided WF method. Machine-integrated calibration is recommended for routine multi-linac implementation, while energy-specific ACFs should be used whenever feasible to maximize accuracy.

ترجمه فارسی چکیده

هدف: توسعه و ارزیابی روش تنظیم مبتنی بر پروفایل آب (WP) برای آرایه‌های آشکارساز یون‌گیر دو بعدی (2D) مورد استفاده در کنترل کیفیت لینک‌های پزشکی (linac)، و مقایسه دقت، کارایی و کاربرد در طیف انرژی با روش تنظیم وسیع‌میدانی (WF) ارائه‌شده توسط سازنده. روش‌ها: پروفایل‌های پرتو با استفاده از ICP و اسکنر آب سه بعدی روی سه لینک TrueBeam (TB1-TB3) در پنج انرژی فوتونی (4، 6، 10 MV مسطح؛ 6، 10 MV بدون فیلتر مسطح‌کننده) با اندازه میدان 20 × 20 cm2 در عمق 10 cm اندازه‌گیری شدند. مجموعاً 240 پروفایل در هشت جلسه اندازه‌گیری مستقل به دست آمدند. روش WP عوامل تنظیم اصلاح‌شده (ACF) را با تطبیق مستقیم پاسخ آشکارساز ICP با پروفایل‌های مرجع اسکنر آب به دست آورد و تحت سه استراتژی ارزیابی شد: (i) اختصاصی به دستگاه (مرجع لینک تک)، (ii) یکپارچه دستگاه (مرجع ترکیبی از سه لینک)، و (iii) کاربرد در طیف انرژی بین 20 ترکیب انرژی. معیارهای عملکرد شامل اختلاف نسبی برای هر آشکارساز (میانگین خطای مطلق [MAE] و انحراف معیار [SD]) و توصیف پروفایل پرتو (هم‌ترازی و صاف‌بودن) بودند. آزمون‌های جفت t (n = 30) روش WP یکپارچه دستگاه را با روش WF مقایسه کردند. نتایج: روش WF میانگین خطای مطلق برای هر آشکارساز 0.31%، و خطاهای هم‌ترازی و صاف‌بودن 0.49% و 0.44% به ترتیب را نشان داد. روش WP این عدم قطعیت‌ها را به طور معناداری به 0.15-0.16% (برای هر آشکارساز)، 0.21-0.27% (هم‌ترازی) و 0.27-0.28% (صاف‌بودن) کاهش داد که اندازه‌های اثر متوسط تا بزرگ (Cohen's d = 0.55-0.99؛ همه p < 0.01) داشتند. کاربرد ACFهای حاصل از WP در طیف انرژی خطای مطلق برای هر آشکارساز 0.25% را به همراه داشت که بالاتر از تنظیم WP اختصاصی انرژی اما پایین‌تر از روش WF در این مجموعه داده بود. زمان کل تنظیم از حدود 75 دقیقه (WF) به 10-15 دقیقه (WP) کاهش یافت. نتیجه‌گیری: برای میدان 20 × 20 cm2 تست شده روی لینک‌های TrueBeam با مرجع اسکنر آب CC13/Blue Phantom2، روش تنظیم WP پیشنهادی همگرایی نزدیک‌تری با مرجع اسکنر آب و زمان تنظیم کوتاه‌تری نسبت به روش WF ارائه‌دهنده سازنده داشت. تنظیم یکپارچه دستگاه برای پیاده‌سازی روتین چند لینک توصیه می‌شود، در حالی که ACFهای اختصاصی انرژی باید هر زمان که امکان‌پذیر باشد برای حداکثر دقت استفاده شوند.

متن کامل اصلی