Small target radiation surgery: dosimetric evaluation of virtual cone

Abstract

This thesis evaluates the performance of the Virtual Cone technique in stereotactic radiosurgery as an alternative to Physical Cones for small target treatments. The study focuses on generating spherical dose distributions using a High-Definition Multileaf Collimator with varying leaf configurations (2, 4, and 6 leaves) and gap widths (1.6 mm to 7.5 mm) with 10MV FFF of a Varian TrueBeam STX accelerator. Treatment plans were developed using the Eclipse Treatment Planning System with the Anisotropic Analytical Algorithm for dose calculation, and results were validated using Monte Carlo simulations, PRIMO software. Results showed that that the Virtual Cone technique can produce spherical dose distributions comparable to Physical Cones, particularly when the gap width approximates half the leaf width (e.g., 2.6 mm for 5 mm leaves). Gamma Pass Rate analysis confirmed high agreement (>97%) between AAA and Monte Carlo calculations, meeting SRS quality standards (1% dose difference, 0.1 mm distance-to-agreement). Additionally, jaw-shaped fields exhibited slightly sharper dose gradients than MLC-shaped fields. In conclusion, the Virtual Cone technique is a viable and efficient alternative to Physical Cones, eliminating the need for mechanical quality control while maintaining precision for small target treatments like trigeminal neuralgia.Future work includes optimizing configurations for specific metastasis volumes and exploring simultaneous multi-target treatments================================================================================ Cette thèse évalue les performances de la technique du Cône Virtuel en radiochirurgie stéréotaxique comme alternative aux Cônes Physiques pour le traitement des petites cibles. L'étude se concentre sur la génération de distributions de dose sphériques à l'aide d'un Collimateur Multilames Haute Définition (HD-MLC) avec différentes configurations de lames (2, 4 et 6 lames) et des largeurs d'ouverture variables (1,6 mm à 7,5 mm), en utilisant un faisceau 10MV FFF d'un accélérateur Varian TrueBeam STX. Les plans de traitement ont été élaborés avec le Logiciel de Planification Eclipse (algorithme AAA pour le calcul de dose), et les résultats ont été validés par des simulations Monte Carlo (logiciel PRIMO). Les résultats montrent que le Cône Virtuel peut produire des distributions de dose sphériques comparables aux Cônes Physiques, notamment lorsque la largeur d'ouverture correspond à la moitié de la largeur des lames (ex. : 2,6 mm pour des lames de 5 mm). L'analyse par Gamma Pass Rate a confirmé un excellent accord (>97 %) entre les calculs AAA et Monte Carlo, respectant les critères de qualité en radiochirurgie (1 % de différence de dose, 0,1 mm de distance-to-agreement). De plus, les champs définis par les mâchoires présentaient des gradients de dose légèrement plus nets que ceux définis par les MLC. En conclusion, le Cône Virtuel est un alternative viable et efficace aux Cônes Physiques, éliminant les contrôles qualité mécaniques tout en conservant la précision pour les petites cibles (ex. : névralgie du trijumeau). Les perspectives incluent l'optimisation des configurations pour des volumes métastatiques spécifiques et l'extension aux traitements multi-cibles simultanés.