Real-time monitoring of linac performance using RT plans and logfiles

NCCAAPM – Wisconsin Dells7 April 2017

Mark Wiesmeyer, PhD, DABRTechnical Product Manager

Technical talk with insights and results based on a commercial product.

Goals

• Check that a machine can deliver plans that you create*.

• Get real‐time feedback about plan delivery issues**.

• Create a longitudinal record of plan delivery quality.

• Determine if a machine may need mechanical calibration.

* Pre‐treatment IMRT QA** During treatment QA

I hope that you will gain a further understanding of DICOM RT Plans and Logfiles.

Roadmap• Testable Parameters

• Basic Information Flow

• RT Plans – Control Points

• Logfiles – Sampled Machine Data Records

• Mapping Logfile Records to RT Plan Control Points

• Some results

Testable Parameters

• Jaw Positions

• Carriage Positions

• MLC Leaf Positions

• Gantry and Collimator Angles

• Fraction of total MU

• Beam States (Hold, On/Off, etc.)

• Planned vs Delivered Fluence

• Table Positions and Angles

Basic Information Flow

Treatment Planning Computer

Linac Console

Logfiles

RT Plans RT PlansLogfile Batch Folder

RT Plan Batch Folder

LinacView Computer

1 3

2

RT Plans – General Abridged

Where the “action” is…

RT Plans – Beam Sequence

Where the “action” is…

RT Plan - Control Points (CP1)

Gantry AngleCollimator Angle

Couch Angle

X Jaws or Carriages

Y Jaws or Carriages

MLC Positions

Fractional MU’s

Control Points (CPs 88,89,178)

Fractional MU’sGantry Angle

Fractional MU’sGantry Angle

Fractional MU’sGantry Angle

Quantities whose values do not change are not repeated in CP’s.

Common Systems that Provide Logfiles

• Sampling rate – the number of data records collected per second.

• Faster sampling is typically better.

• 4 Hz really only suitable for static analysis.

• Contents of DynaLog, Trajectory, and TRF files are comparable.

• Key problem and source of error is mapping logfile records to CP’s.

Vendor Linacs Logfile Format Sampling (Hz) CommentsVarian Clinic Series DynaLog 20 CSV (spec).

TrueBeams Trajectory 50 Binary (spec).Elekta All Recent Linacs *.dat, *.xml 4 iCom Vx API (spec).

Agility 160 Leaf TRF Logfiles 25 Binary (no spec).

Sample Logfile Specification – DynaLog

DynaLog Files

Originally intended for maintenance QA…

1 – 25000 mapping

Notice: No explicit mapping to control points.

Dose Fraction:150 MU(Rx) * 2198/25000 = 13.2 MU.

50 ms/row 

Trajectory Files

Much easier to match to RT Plan CP’s…

Notice: Direct, fractional control point mapping.Direct, fractional MU’s.

20 ms/row 

DynaLog File Mapping

RT‐Plan Control Points precede Logfile Samples

• Linear interpolation maps measurement records to control points.

• Worst case uncertainty is 25 ms…”Registration Error”.

• For leaves this results in about:  2.5 cm/s * 0.025 s = 625mm additional error 

Max Leaf Speed.

Trajectory File Mapping

• Measurement records to map directly to fractional control points.

• Worst case uncertainty / registration error is negligible.

Clinac/DynaLog (Name 04)

Fluence maps are created by projecting MU weighted segments to the isocenter plane.

Gamma index results – 99.7%

RT Plan Fluence Map 

Logfile Fluence Map 

TrueBeam/Trajectory(Name 18)

RT Plan Fluence Map 

Logfile Fluence Map 

Gamma index results – 100%

Good results are not surprising. • Compare simulated fluences not measurements.• Comparison is as fine as needed.• No finite‐spaced detector grids.• No setup uncertainty.

Leaf Positions & MU’s Clinac/DynaLog

In addition to “registration error”, actual errors from MLC position may be caused by:

• Faulty or loose T‐nuts• Motor failures • Encoder drift• Dirty, sticky leaves

MU delivery error range:‐0.10 ‐> 0.15 MU

How much is Registration Error?

Worst case per leaf error for this beam delivery.

Leaf Positions & MU’s TrueBeam/Trajectory

Little or no “registration error” and a well‐maintained, somewhat more precise machine.

MU delivery error range:‐0.01 ‐> 0.01 MU

What can Logfile analysis tell us?A. Your plan will deliver / is delivering correct dose to your patient.

B. Your machine is capable of delivering the plan that you have created.

C. Your machine is going out of mechanical calibration.  Not dose

D. All of the above.

E. A & B only.

F. B & C only.

For dose tracking, patient setup and geometry changes are at least an order of magnitude larger than machine delivery errors which tend to be very small.