This study aimed to evaluate characteristics of dose fall-off pattern for linear accelerator based frameless stereotactic radiotherapy and radiosurgery using two different techniques, three-dimensional conformal radiotherapy and volumetric modulated arc therapy.

The data from thirty patients who underwent frameless stereotactic radiotherapy/radiosurgery were considered for this analysis. These included 11 patients treated using three-dimensional conformal radiation and 19 patients treated with volumetric modulated arc therapy. Dose fall-offs in six predetermined directions from the edge of planning target volume and in direction of organs at risk were evaluated. These included determining dose fall-off (distance range) of 100%–80%, 100%–50%, 100%–20% from the treatment planning system. The first derivative (percentage of dose fall-off per millimetre) and second derivative (percentage of dose per square millimetre) of the dose fall-off was calculated.

The dose fall-off is sharpest in the organ at risk direction if the organ at risk is hugging the planning target volume. However, for organs at risk separated from the planning target volume sharpest dose fall-off could be in either planning target volume superior or inferior direction. Three-dimensional conformal radiotherapy plans had a mean±SD of 14±2 beams (range: 11–17). Volumetric modulated arc therapy planning comprised of arc angles with sum±SD of 953±172.5° (range: 610°–1170°). Mean±SD for the single sharpest dose fall-off for all patients receiving three-dimensional conformal radiotherapy was 11.3±4.7%·mm⁻¹, 7.8±4.8%·mm⁻¹ and 7.1±5.6%·mm⁻¹ for 100%–80%, 100%–50% and 100%–20% fall-off ranges respectively. For volumetric modulated arc therapy, the mean±SD of the single sharpest fall-off was 10.4±4.6%·mm⁻¹, 7.8±3.0%·mm⁻¹ and 7.3±5.0%·mm⁻¹ for 100%–80%, 100%–50% and 100%–20% range. All organs at risk doses received doses within limits prescribed by AAPM-TG report 21. Mean dose to monitor units (MU) modulation factor   for three-dimensional conformal radiotherapy and volumetric modulated arc therapy were 1.97±1.0 MU·cGy⁻¹ and 2.5±0.75 MU·cGy⁻¹ respectively.

Our study presents the dose fall-off patterns in context of frameless stereotactic radiation therapy. We have presented the dose fall-off data in the framework of three-dimensional conformal radiotherapy and volumetric modulated arc therapy in brain lesions.

Cette étude visait à évaluer les caractéristiques du modèle de chute de dose pour la radiothérapie stéréotaxique sans cadre à base d’accélérateur linéaire et la radiochirurgie en utilisant deux techniques différentes, la radiothérapie conformationnelle tridimensionnelle et l’arcthérapie volumétrique modulée.

Les données de trente patients ayant eu une radiothérapie stéréotaxique/radiochirurgie sans cadre ont été considérées pour cette analyse. Il s’agissait de 11 patients pris en charge par radiothérapie conformationnelle tridimensionnelle et de 19 patients par arcthérapie volumétrique modulée. La chute de dose dans six directions prédéterminées à partir du bord du volume cible prévisionnel et en direction de l’organe à risque ont été évaluées. Les distances entre les isodoses 100 % et 80 %, 100 % et 50 %, 100 % et 20 % ont été déterminées par le système de planification de traitement. La première dérivée (pourcentage de chute de la dose par millimètre) et la seconde (pourcentage de la dose par millimètre carré) ont été calculées.

Les plans de radiothérapie conformationnelle tridimensionnelle avaient en moyenne 14±2 faisceaux (écart-type) (extrêmes : 11–17), ceux d’arcthérapie volumétrique modulée des angles d’arc dont la somme était de 953±172,5° (extrêmes : 610°–1170°). La moyenne de la diminution la plus forte de la dose pour les radiothérapies conformationnelles tridimensionnelles était de 11,3±4,7 %·mm⁻¹ 7,8±4,8 %·mm⁻¹ et 7,1±5,6 %·mm⁻¹ respectivement pour les distances entre les isodoses 100 % et 80 %, 100 % et 50 % et 100 % et 20 %. Pour l’arcthérapie volumétrique modulée, la moyenne de la chute la plus nette était de 10,4±4,6 %·mm⁻¹, 7,8±3,0 %·mm⁻¹ et 7,3±5,0 %·mm⁻¹ respectivement pour les distances entre les isodoses 100 % et 80 %, 100 % et 50 % et 100 % et 20 %. Tous les organes à doses de risque ont reçu des doses dans les limites prescrites par le rapport TG 21de l’ American Association of Physicists in Medicine. Les doses moyennes au facteur de modulation MU   pour la radiothérapie conformationnelle tridimensionnelle et l’arcthérapie volumétrique modulée étaient respectivement de 1,97±1,0 MU·cGy⁻¹ et 2,5±0,75 MU·cGy⁻¹.

Notre étude présente la chute de dose de modèles dans le contexte de la stéréotaxie sans cadre. Nous avons présenté les données de chute de dose dans le cadre de la radiothérapie conformationnelle tridimensionnelle et l’arcthérapie volumétrique modulée dans les lésions cérébrales.