CyberKnife®; Imaging-dose evaluation during IGRT-SRSand IGRT-SBRT treatments

(IGRT) intra and extracranial stereotactic radiotherapy and radiosurgery. The treatments of localized tumors are performed in a single (stereotactic radiosurgery SRS[8]) or few sessions (stereotactic radiotherapy SBRT[11]) with a high ionizing radiation rate. For this reason a high level of accuracy on target localization, obtained by the imaging guided system (TLS), is necessary. The TLS consists in two orthogonal diagnostic X-ray sources fixed to the ceiling and aimed towards two flat panel detectors integrated into the floor. This system requires the acquisition of several pairs of images in order to localize the target position. These images are performed with frequency and exposition data decided by the radiographer, during the entire treatment. Aim of this study is the evaluation of TLS Air Kerma of CyberKnife system, installed at the European Institute of Oncology (Milan – Italy) and an evaluation of the imaging-dependant dose in a clinical patient population receiving CyberKnife radiotherapy treatment. All the measurements were performed with an ionization chamber positioned at the center point of imaging of the CyberKnife® treatment room, in the point of intersection of the two main axes of X-ray beams. The chamber was connected to an electrometer and all the readings were corrected for environmental conditions (atmospheric pressure and room temperature) and calibration constant. A series of Air Kerma values were obtained by varying the exposure parameters of CyberKnife® imaging system (electric potential difference and electric charge). These permitted to create a polynomial equation that allows a realistic evaluation of the dose due to the imaging. The measured and calculated values for the same points were compared in order to estimate the accuracy of our equation. An overview of the exposure parameters in a sample of clinical population treated in our centre, were then performed. With these parameters we calculated the Air Kerma values. These values were then compared with the values provided by the software of the CyberKnife®. The Air Kerma values we calculated showed a percentage variation value of ±1.8%, with a maximum of ±4.4% when compared with measured Air Kerma values. The analysis of the Air Kerma values of the clinical sample showed that the CyberKnife® software underestimate the dose of the imaging when compared with the dose we calculated. The Air Kerma depends on electric potential difference and electric charge values choose by the radiographer and on the overall number of radiographic pairs, needed for a complete SRS or SBRT treatment. In general the target localization with the 6D Skull system, needs a lower number of images and lower electric potential difference and electric charge values than X-Sight Spine, so the imaging-dependent dose is lower for patients when the 6D Skull tracking system is used. In our clinical sample the estimated average dose added by the imaging is 0.1% (for 6D Skull) and 0.3% (for X-Sight Spine) of the therapeutic dose.

Il sistema di radiochirurgia robotica CyberKnife® è utilizzato per trattamenti di radoiochirurgia e radioterapia stereotassica intra ed extracranica guidati dalle immagini (IGRT). I trattamenti di tumori localizzati vengono erogati in singole (radiochirurgia stereotassica SRS[8]) o poche sedute (radioterapia stereotassica SBRT[11]) con un’elevata dose di radiazioni ionizzanti. Per questa ragione è necessaria un’elevata accuratezza nella localizzazione del bersaglio, ottenuta con il sistema di imaging (TLS). Il TLS consiste di due sorgenti ortogonali di raggi X diagnostici fissate al soffitto orientati verso due rivelatori integrati nel pavimento. Tale sistema richiede l’acquisizione di numerose coppie di radiografie allo scopo di localizzare la posizione del bersaglio. Tali immagini vengono effettuate con frequenza e dati espositivi decisi dal TSRM, per tutta la durata del trattamento. Scopo di questo studio è la determinazione dell’Air Kerma relativo al TLS del sistema CyberKnife® presente presso l’Istituto Europeo di Oncologia (Milano – Italia) ed una valutazione della dose imaging-dipendente su una popolazione clinica di pazienti sottoposti a trattamenti radioterapici con CyberKnife®. Tutte le misure sono state effettuate con una camera a ionizzazione posta al centro dell’imaging della sala di trattamento di CyberKnife®, nel punto di intersezione degli assi principali dei due fasci di raggi X. La camera è stata connessa ad un elettrometro e tutte le letture sono state corrette per condizioni ambientali (pressione atmosferica e temperatura della stanza) e per la costante di calibrazione. Sono stati ottenuti i valori di Air Kerma variando i parametri espositivi del sistema di imaging di CyberKnife® (differenza di potenziale e carica elettrica). Questi dati hanno permesso la costruzione di un’equazione con cui è possibile stimare realisticamente la dose aggiuntiva di radiazioni dovuta all’imaging; i valori misurati ed i valori calcolati per i medesimi punti sono stati confrontati per stimare l’accuratezza della nostra equazione. È stato poi effettuato un controllo dei parametri espositivi di un campione di popolazione clinica trattato presso il nostro centro per il quale abbiamo calcolato i valori di Air Kerma. Questi valori sono infine stati confrontati con i valori forniti dal software del sistema CyberKnife®. I valori di Air Kerma da noi calcolati hanno mostrato, in media, una variazione pari a ±1.8%, con un massimo del ±4.4% quando confrontati con i valori misurati di Air Kerma. Infine l’analisi dei valori di Air Kerma del campione clinico ha mostrato una sottostima della dose dovuta all’imaging da parte del software del sistema CyberKnife® quando paragonata con la dose calcolata da noi. L’Air Kerma dipende dai valori di differenza di potenziale e carica elettrica selezionati dal TSRM e dal numero complessivo di coppie di radiografie necessarie per un trattamento completo di SRS o SBRT. La localizzazione di bersagli con il sistema 6D Skull richiede, in genere, un numero inferiore di immagini e valori inferiori di differenza di potenziale e carica elettrica rispetto a trattamenti con X-Sight Spine, tutto ciò porta ad una più bassa dose dovuta all’imaging per pazienti trattati con il sistema 6D Skull. In media, la dose aggiuntiva dovuta all’imaging per il nostro campione è stata stimata essere lo 0.1% (per 6D Skull) e 0.3% (per X-Sight Spine) della dose terapeutica.