Assessment of patient setup errors in IGRT in combination with a six degrees of freedom couch

Abstract

PURPOSE

The range of patient setup errors in six dimensions detected in clinical routine for cranial as well as for extracranial treatments, were analyzed while performing linear accelerator based stereotactic treatments with frameless patient setup systems. Additionally, the need for re-verification of the patient setup for situations where couch rotations are involved was analyzed for patients treated in the cranial region.

METHODS AND MATERIALS

A total of 2185 initial (i.e. after pre-positioning the patient with the infrared system but before image guidance) patient setup errors (1705 in the cranial and 480 in the extracranial region) obtained by using ExacTrac (BrainLAB AG, Feldkirchen, Germany) were analyzed. Additionally, the patient setup errors as a function of the couch rotation angle were obtained by analyzing 242 setup errors in the cranial region. Before the couch was rotated, the patient setup error was corrected at couch rotation angle 0° with the aid of image guidance and the six degrees of freedom (6DoF) couch. For both situations attainment rates for two different tolerances (tolerance A: ± 0.5mm, ± 0.5°; tolerance B: ± 1.0 mm, ± 1.0°) were calculated.

RESULTS

The mean (± one standard deviation) initial patient setup errors for the cranial cases were -0.24 ± 1.21°, -0.23 ± 0.91° and -0.03 ± 1.07° for the pitch, roll and couch rotation axes and 0.10 ± 1.17 mm, 0.10 ± 1.62 mm and 0.11 ± 1.29 mm for the lateral, longitudinal and vertical axes, respectively. Attainment rate (all six axes simultaneously) for tolerance A was 0.6% and 13.1% for tolerance B, respectively. For the extracranial cases the corresponding values were -0.21 ± 0.95°, -0.05 ± 1.08° and -0.14 ± 1.02° for the pitch, roll and couch rotation axes and 0.15 ± 1.77 mm, 0.62 ± 1.94 mm and -0.40 ± 2.15 mm for the lateral, longitudinal and vertical axes. Attainment rate (all six axes simultaneously) for tolerance A was 0.0% and 3.1% for tolerance B, respectively. After initial setup correction and rotation of the couch to treatment position a re-correction has to be performed in 77.4% of all cases to fulfill tolerance A and in 15.6% of all cases to fulfill tolerance B.

CONCLUSION

The analysis of the data shows that all six axes of a 6DoF couch are used extensively for patient setup in clinical routine. In order to fulfill high patient setup accuracies (e.g. for stereotactic treatments), a 6DoF couch is recommended. Moreover, re-verification of the patient setup after rotating the couch is required in clinical routine.

Zweck

Der klinisch relevante Bereich, in welchem Unsicherheiten der Patientenlagerung in sechs Dimensionen sowohl bei kraniellen wie auch bei extrakraniellen Bestrahlungen auftreten, wurde für Linearbeschleuniger-basierte stereotaktische Bestrahlungen mit rahmenlosen Patienten-Positionierungs-Systemen untersucht. Zusätzlich wurde die Lagerungsunsicherheit für Patienten, welche im kraniellen Bereich bestrahlt wurden, als Funktion des Tischrotationswinkels ausgewertet. Methoden und Material

Mit Hilfe von ExacTrac (BrainLAB AG, Feldkirchen, Deutschland) wurden insgesamt 2185 initiale (d.h. nach dem Vorpositionieren des Patienten mit dem Infrarotsystem aber vor der bildgestützten Lagerung) Lagerungsunsicherheiten gemessen (1705 im kraniellen und 480 im extrakraniellen Bereich). Die Unsicherheiten wurden zudem als Funktion des Tischrotationswinkels mit Hilfe von 242 Lagerungsunsicherheiten im kraniellen Bereich untersucht. Vor der Tischrotation wurde die Lagerungsunsicherheit der Patienten beim Tischwinkel 0° bildgestützt und mit Hilfe des Tisches mit sechs Freiheitsgraden (6D-Tisch) korrigiert. Für beide Situationen wurde die Rate, mit welcher zwei verschiedene Toleranzen (Toleranz A: ±0.5 mm, ±0.5°; Toleranz B: ±1.0 mm, ±1.0°) erfüllt waren, berechnet. Resultate

Die Mittelwerte (± eine Standardabweichung) der initialen Lagerungsunsicherheiten der kraniellen Fälle waren -0.24 ± 1.21°, -0.23 ± 0.91° und -0.03 ± 1.07° für die Achsen Pitch, Roll und Tischrotationswinkel und 0.10 ± 1.17 mm, 0.10 ± 1.62 mm und 0.11 ± 1.29 mm für die laterale, longitudinale und vertikale Achse. Die Lagerungsunsicherheit war in 0.6%, resp. 13.1% aller kraniellen Fälle für alle sechs Achsen gleichzeitig innerhalb der Toleranz A, resp. der Toleranz B. Die Mittelwerte (± eine Standardabweichung) der initialen Patienten-Lagerungsunsicherheiten der extrakraniellen Fälle waren -0.21 ± 0.95°, -0.05 ± 1.08° und -0.14 ± 1.02° für die Achsen Pitch, Roll und Tischrotationswinkel und 0.15 ± 1.77 mm, 0.62 ± 1.94 mm und -0.40 ± 2.15 mm für die laterale, longitudinale und vertikale Achse. Die Patienten-Lagerungsunsicherheit war in 0.0%, resp. 3.1% aller extrakraniellen Fälle für alle sechs Achsen gleichzeitig innerhalb der Toleranz A, resp. der Toleranz B. Nach initialer Lagerungskorrektur und anschliessendem Rotieren des Tisches in die Bestrahlungsposition waren in 77.4% resp. 15.6% aller Fälle erneute Lagerungskorrekturen nötig, um die Toleranz A resp. Toleranz B zu erfüllen. Schlussfolgerung

Unsere Daten zeigen, dass alle sechs Achsen eines 6D-Tisches extensiv für die Patientenlagerung in der klinischen Routine gebraucht werden. Um hohe Genauigkeiten bei der Patientenlagerung zu erreichen (z.B. für stereotaktische Bestrahlungen), ist ein 6D-Tisch empfohlen. Ausserdem zeigen die Resultate, dass nach einer Tischrotation eine erneute Verifikation der Patientenlagerung notwendig ist.