توصيف التوحد آثار في غرفة التأين السائل المستخدمة لقياس الجرعات الإشعاعية من مسرع مبضع

Summary

وهناك عدد متزايد من أجهزة العلاج الإشعاعي توفر ميزة تقديم جرعة من خلال الحزم الصغيرة جدا للورم، مما يسمح لزيادة التوافق وجرعات أعلى في الكسر. العديد من أجهزة كشف مختلفة يمكن استخدامها لقياس الجرعات الصغيرة من هذه الحقول. في هذه الدراسة، ودراسة تأثير أيون إعادة التركيب لغرفة التأين السائل باستخدام نظام العلاج الإشعاعي المجسم.

Abstract

معظم أجهزة العلاج الإشعاعي الحديثة تسمح باستخدام حقول صغيرة جدا، إما من خلال beamlets في كثافة التضمين العلاج الإشعاعي (IMRT) أو عن طريق العلاج الإشعاعي المجسم حيث يسمح دقة تحديد المواقع وتقديم جرعات عالية جدا في جزء صغير في حجم صغير للمريض. تتحقق القياسات قياس الجرعات على مسرعات الطبية التقليدية باستخدام غرف التأين مليئة بالهواء. ومع ذلك، في هذه الحزم الصغيرة تخضع لتأثيرات اضطراب nonnegligible. وتركز هذه الدراسة على غرف التأين السائل، والتي تقدم مزايا من حيث القرار المكانية وانخفاض فلوينس الاضطراب. يتم التحقيق أيون آثار إعادة التركيب للكشف عن microLion (PTW) تستخدم مع نظام CyberKnife (Accuray). تتكون طريقة إجراء سلسلة من القياسات خزان المياه في مختلف المسافات مصدر السطح، وتطبيق التصحيحات على قراءات كاشف السائل على أساس القياسات في وقت واحد كاشف الغازية. هذا النهج facilitaالاحصائيين عزل الآثار الناشئة عن إعادة التركيب كثافة عالية من المتوسطة الحساسة السائل والحصول على عوامل تصحيح لتطبيقه على قراءات كاشف. الصعوبة الرئيسية تكمن في تحقيق مستوى كاف من الدقة في الإعداد لتكون قادرة على اكتشاف التغيرات الصغيرة في الاستجابة الغرفة.

Introduction

وقد تم تنفيذ قياس الجرعات في العلاج الإشعاعي باستخدام غرف التأين الغازي لسنوات عديدة. هذه كاشفات أداء جيدا بقدر ما تشعر العلاج الإشعاعي "التقليدية"، وتستخدم حقول متجانسة (أو متفاوتة ببطء) أي كبير. ولكن العديد من الأجهزة الحديثة، مثل CyberKnife في (الشكل 1) النظام درس في هذا العمل، وتقديم إمكانية استخدام الحقول الصغيرة جدا (وصولا الى 5 ملم). الأجهزة الأخرى تنتج ملامح شعاع التضمين للغاية كما هو الحال في كثافة التضمين العلاج الإشعاعي (IMRT). كشف مليئة بالهواء التقليدية ليست مناسبة تماما لهذه التقنيات ^1؛ من أجل التوصل إلى قرار مقبول المكانية فإن حجم تجويف يتعين تخفيضها إلى حجم حيث ستصبح استجابة الغرفة منخفضة للغاية. الثنائيات توفر ميزة أحجام أصغر الحساسة وأنها تستخدم على نطاق واسع في قياس الجرعات الصغيرة شعاع. ولكن ما يقدمونه قيود أخرى مثل نثر الآثارالناشئة عن معدنية بهم التدريع ^12،13.

في غرفة التأين السائل ² (LIC)، وكثافة التأين هو أعلى من ذلك بكثير، وبالتالي الحد من حجم الحساسة ممكن دون المساس استجابة كاشف. وعلاوة على ذلك وسيلة الحساسة لديها كثافة قريبا من المياه، والحد من الاضطرابات المرتبطة فلوينس تجويف الهواء. هذه الجوانب تجعل LIC مرشح للاهتمام لشعاع صغير قياس الجرعات ^3-5.

هناك مع ذلك بعض القضايا لمعالجة قبل أن تكون قادرة على أداء قياسات قياس الجرعات الروتينية مع البلدان منخفضة الدخل. الأولى، وذلك بسبب كثافة التأين العالي للآثار إعادة التركيب هي أكثر أهمية من في غرف مليئة بالهواء ^6-8. إعادة التركيب يمكن أن تكون إما الأولي (الإلكترون يعيد توحيد مع أيون أمه) أو عامة (اثنين من أيونات القادمة من الأحداث التأين مختلفة تتحد). هذا الأخير يعتمد على الحادث معدل الجرعة على كاشف؛ رله الوسائل التي قياسات الجرعة النسبية (أي لمحات جرعة، جرعة عمق مئوية، وعوامل الانتاج) يمكن أن يحتمل الخضوع الانحرافات بسبب التغير في معدل الجرعة. يتميز إعادة التركيب من قبل الكفاءة جمع العام، الذي يعرف بأنه نسبة التهمة إلى تهمة المقاسة التي تنتجها الإشعاع الحادث والهروب إعادة التركيب الأولي: و = س _C / س _0. في كشف الغازية يتم تقييم آثار إعادة التركيب باستخدام طريقة الجهد اثنين من نظرية Boag ^9،10، والتي لا يمكن تطبيقها في البلدان منخفضة الدخل ^11.

بديل يمكن العثور عليها في استخدام طريقة معدل الجرعة ^{يومين-8،} ويتألف من تغيير معدل الجرعة لعزل تأثير إعادة التركيب العام وقياس كفاءة جمع عام من خلال العلاقة

حيث ش هي صفركما INED

مع α كونها معامل إعادة التركيب، س ₀ وكمية من تهمة أن يهرب إعادة التركيب الأولي، ح الفصل الكهربائي، البريد التهمة الابتدائية، V حجم الحساسة للغرفة، ك ₁ ك ₂ والتنقلات من الشحنات الإيجابية والسلبية، وU الجهد المطبق. عن طريق قياس بجرعات مختلفة لكل نبضة من الممكن الحصول على المعلمة u و بالتالي كفاءة التحصيل، و. وتعطى الجرعة في نبض من قبل العلاقة

يتم تنفيذ جميع القياسات في الشروط المرجعية للCyberKnife في (المصدر سطح القطر SSD = 78.5 سم، 1.5 سم عمق، 60 مم تلسكوب الموازاة). استخدام تلسكوب الموازاة ألو كبيرةWS تجنب الآثار حجم المرتبطة الحزم الصغيرة. نظرا لمعدل الجرعة هي 800 MU / دقيقة وتردد التكرار هو 150 هرتز، وهذا يؤدي إلى جرعة من 0.89 ملل جراى / نبض (في الشروط المرجعية، 1 MU يتوافق مع جرعة من 1 CGY). عندما يتم الاحتفاظ تردد تكرار النبضة المستمر، والجرعة في النبضة يعتمد فقط على معدل الجرعة في جراى / دقيقة، والذي يرتبط إلى SSD من خلال القانون مسافة معكوس التربيعية:

لمدة سواقات د ₁ و د _2.

Protocol

1. الإعداد التجريبية (الشكل 2)

(المنفذ 1 ساعة قبل القياسات الأولى لتحقيق الاستقرار في درجة الحرارة للكشف عن وامدادات التيار الكهربائي عالية.)

1. وضع خزان المياه تحت الرأس العلاج، مع الأخذ في الاعتبار أن SSD سوف يتعين زيادة تصل إلى 200 سم. وبالتالي ينبغي وضع خزان منخفضة تصل إلى تحقيقه، تبعا لارتفاع السقف.
2. محاذاة خزان المياه مع LINAC (يجب جانبيها الرأسي تكون موازية على الجانبين العمودي من الرأس). الليزر يمكن استخدامها لضمان التوجه الصحيح؛ وترد تفاصيل هذا الإجراء في دليل الفيزياء ¹⁴ من النظام.
3. التحقق من التوجه الرأسي للLINAC عن طريق إجراء x و y الشخصي القياسات على اثنين من أعماق مختلفة، حساب الانحراف شعاع وتصحيح باستخدام محاور دوران الرأس (انظر دليل الفيزياء).
4. استبدال تلسكوب الموازاة مع ملحق مقياس البعد، واستخدامها لaccurوضع ately الرأس في 78.5 سم SSD. يجب غيض من الإكسسوارات بالكاد تلمس سطح الماء.
5. إزالة مقياس البعد ووضع 60 ملم تلسكوب الموازاة على رأسه العلاج.
6. ضع نقطة مرجعية LIC في عمق 1.5 سم في وضع عمودي، أي مع محور مواز تجويف أسطواني لاتجاه الشعاع. هذه النتائج في مسافة 80 سم بين المصدر وكاشف. استخدام الليزر لوضع LIC في مركز شعاع في الاتجاه الجانبي.
7. وضع 0.125 سم ³ مليئة بالهواء حجرة تأين (AIC) بجانب LIC لتكون قادرة على تصحيح لتخفيف والمسافة ومبعثر الآثار.
8. ربط LIC وتوريد عالية الجهد إلى الكهربية وتعيين الجهد إلى 800 V. قم بتوصيل AIC إلى آخر الكهربية وتعيين الجهد إلى 400 V. ثم انتظر 1 ساعة لأغراض تحقيق الاستقرار.
9. لضمان دقة تحديد المواقع للكشف عن الأطراف، في أداء قياسات الشخصيكلا الاتجاهين عرضية وتصحيح الصفر من LIC إذا لزم الأمر.
10. تأكد من ثابت معدل تكرار LINAC (القيمة الاسمية = 150 هرتز).

2. القياسات

1. الأول تقديم جرعة ما قبل التشعيع من 3،000 وحدة رصد (MU) من أجل تحقيق الاستقرار في استجابة LIC. قم بإجراء الصفر من electrometers.
2. لتقييم التسرب الحالي والاستقرار، نفذ سلسلة من عمليات الاستحواذ تهمة مع شعاع قبالة لمدة مساوية لتلك القياسات (7.5 ثانية ل100 MU). مقارنة متوسط ​​القيمة التي تم الحصول عليها إلى القيم المقاسة مع شعاع جرا. الهجمة التسرب نموذجية من أقل من 0.03٪ من قيمة أصغر قياس مع شعاع على يمكن اعتبار يذكر.
3. وضع رئيس العلاج في 58.5 سم SSD: استخدام وحدة تحكم عن بعد في وضع ديكارت وببساطة تنفيذ 20 سم الحركة في اتجاه زي.
4. ترك غرفة العلاج، ويغلق الباب وبرنامج لتشعيع 100 MU فيوحدة التحكم المشغل. ثم تبدأ كلا electrometers، وتقديم جرعة ونلاحظ التهم تقاس LIC وAIC .
5. كرر العملية 10 مرات لتكون قادرة على تقييم الشكوك الإحصائية.
6. بعد عشر القياسات، ادخل الغرفة وتحرك رأس العلاج إلى الموضع التالي (68.5 سم SSD). ثم كرر الخطوات من 2.4 و 2.5.
7. عندما يتم نقل الرأس بعيدا عن خزان المسافة بين نقطة القياس يمكن زيادة كما يختلف هذا الاتهام بعد مسافة القانون معكوس المربعة. يقدم الجدول 1 مثال على قائمة قياس نقطة، جنبا إلى جنب مع جرعة المقابلة لكل نبضة.

الجدول 1. قائمة قياس نقطة لجرعة يومينطريقة معدل (A و B) مع جرعات المقابلة لكل نبضة.

3. تحليل

طريقتين يمكن استخدامها لتحليل البيانات.

طريقة A

1. لكل مسافة د، تأخذ نسبة من كل قيمة LIC المقاسة مع القيمة AIC المقابلة التي تم الحصول عليها على مسافة واحدة، .
2. رسم النسب ضد الجرعة في النبض واستخدام نوبة الخطي للحصول على نسبة استقراء عند مستوى الصفر جرعة لكل نبضة، R _0.
3. مع افتراض أن كفاءة جمع يساوي 1 في 0 ملل جراى / نبض، وتطبيع كل النسب المحسوبة في الخطوة 3.A.1 إلى القيمة استقراء من الخطوة السابقة من أجل الحصول على قيم و (أي نطاق كل نسبة من قبل عاملبحيث ك R ₀ = 1).
4. مؤامرة ضد قيم و قيم الجرعة لكل نبضة لتمثيل تطور كفاءة التحصيل. ويمكن حساب القضبان الخطأ عن طريق نشر الشكوك حول التهم LIC وAIC تقييمها من القياسات المتكررة في كل مسافة.

طريقة B

1. أخذ النسب من القراءات في LIC و 200 سم (198.5 سم SSD) و 60 سم (58.5 سم SSD)، من القراءات AIC، .
2. حل المعادلة عدديا أدناه لأجلك _200.
   
3. حقن قيمة يو ₂₀₀ في العلاقة التالية للحصول على كفاءة التحصيل، وفي مسافة 200 سم.
   
4. ويمكن حساب كفاءة استخدام نسب مع مسافات أخرى من 60 سم، طالما أن نسبة التهمة هي أعلى من 3. يسمح هذا الإجراء اختبار عدم اليقين على القيم المحسوبة u و و.
5. حساب المعلمة يو لجميع نقاط القياس، وذلك باستخدام العلاقة التالية (اختيار المسافات بحيث )
   
6. حساب جميع الكفاءات جمع، و _د، من العلاقة
   
7. مؤامرة ضد قيم و قيم الجرعة في النبضة إلى represeالإقليم الشمالي تطور كفاءة التحصيل. ويمكن حساب القضبان الخطأ عن طريق نشر الشكوك حول التهم LIC وAIC تقييمها من القياسات المتكررة في كل مسافة.

Representative Results

في الشكل 3 يتم رسم كفاءة جمع و تم الحصول عليها من طريقة وضد الجرعة في النبض، والذي يتراوح 0-1،6 ملل جراى / نبض حيث يمكن رؤية خسارة 2٪ في الإشارة. النقاط اتباع السلوك الخطية. تظهر أشرطة الخطأ الشكوك الهامة التي يبدو الأصيل في أسلوب ويمكن تقلص إلى حد كبير مع استخدام أسلوب B. ومن الجدير بالذكر أيضا أن في هذه الطريقة يفترض الاستجابة AIC للخضوع أي آثار إعادة التركيب، وهي ليست بالضرورة صحيحا تماما . للتحقق من ذلك يمكن للمرء ببساطة أداء قياسات مماثلة باستخدام AIC وحده في سقف تراكم (أي خزان المياه) والصحيح لمعكوس مسافة مربع؛ الانحرافات صغيرة يمكن ملاحظتها وتضمينها في القيم الشكوك.

ويبين الشكل 4 كفاءة جمع تحسب من الطريقة الثانية (B). فإنه يثبت أكثر دقة ولها ميزة توفير القيم المطلقة للو. في ديفي ations من السلوك خطية صغيرة والخسارة في إشارة أقل قليلا من طريقة مع أ.

كتطبيق مباشر لطريقة B، عوامل يمكن أن تحسب لتصحيح إعادة التركيب العام بجرعة تعطى لكل نبضة، ببساطة عن طريق اتخاذ معكوس كفاءة التحصيل، و. ثم يبين هذه العوامل يمكن تطبيقها على قياسات جرعة عمق نسبي. الشكل 5 جرعة العمق النسبي قياس مع الصمام الثنائي (لا تخضع لتأثيرات إعادة التركيب) ومع LIC قبل وبعد التصحيح إعادة التركيب. عندما يتم تطبيع المنحنيات على عمق 240 مم (حيث تختفي آثار إعادة التركيب)، أنها تتزامن، وهذا يعني أن التصحيحات تعويض عن آثار إعادة التركيب في منطقة تراكم (حيث الجرعة لكل نبضة، وبالتالي تصحيح العوامل هي أعلى). هذا يشير إلى أن عوامل التصحيح يحسب دقيقة ويمكن أن تكون بمثابة المصادقة على أسلوب معدل الجرعة يومين.

: together.within المحافظة على صفحة = "دائما">
الشكل 1. sytem وCyberKnife في. منظر لنظام CyberKnife المستخدمة في القياسات، مع رئيس المسرع لافتا إلى أسفل. يمكن إما أن توضع في خزان مياه على الأرض، أو على الأريكة الروبوتية مرئية في الجزء الخلفي من الغرفة، واعتمادا على المساحة المتوفرة فوق الرأس.

الشكل 2. الإعداد التجريبية. ويمثل الإعداد هنا مع AIC وLIC ضعت بجانب بعضها البعض داخل خزان المياه (1.5 سم عمق)، في مركز شعاع، والتي يتم توجيه أسفل. الأسهم تشير إلى حركة الرأس مسرع بين كل سلسلة من القياسات، ابتداء من الساعة 60 سم مسافة (58.5 سم SSD) وتنتهي في 200 سم (198.5 سم SSD).

ether.within صفحة = "دائما">
الرقم 3. كفاءة التحصيل العام أو أسلوب A. رسم بياني لتطور كفاءة جمع عام، و، فيما يتعلق الجرعة لكل نبضة (في ملل جراى / نبض) تم الحصول عليها من طريقة A.

الشكل 4. كفاءة التحصيل العام، وتآمر طريقة B. عامة كفاءة التحصيل ضد الجرعة لكل نبضة، والنتائج من طريقة B. التالية

يظهر الرقم 5. تطبيق لقياسات جرعة عمق نسبي. الجرعة العمق النسبي الحصول عليها من القياسات الصمام الثنائي في الزرقاء.وتتمثل النتائج من القياسات LIC من الأحمر (غير المصححة) والأصفر (تصحيح) المنحنيات. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

الأساليب الواردة أعلاه تسمح بتقييم آثار إعادة التركيب في LIC على طائفة واسعة من معدلات الجرعة (0،14-1،58 ملل جراى / نبض). طريقة بسيطة ولكن يرتبط مع أكثر من طريقة الشكوك B، الذي يوفر القيم دقيقة إلى حد ما (والمطلق) من كفاءة التحصيل، و. إعادة التركيب هي المسؤولة عن فقدان ما يقرب من 2٪ في إشارة على مجموعة كاملة التحقيق، ولكن هذا النطاق أكبر مما هو عادة امتدت خلال القياسات الروتينية. أكبر خطأ على عامل الإخراج هو 0.35٪، وتصل 1٪ لقياس جرعة عمق مئوية كما هو موضح في قسم النتائج.

العنصر الحاسم لإجراء البروتوكول هو الإعداد الأولي من التجربة، كما يتم تنفيذ جميع القياسات بالنسبة لموقفه المبدئي من الرأس العلاج. وهكذا ينبغي للمرء أن يكون حذرا حول قياس دقيق للSSD الأولية لتكون قادرة على ربط قراءات كاشف لكلجرعة في النبض. هذا صحيح أيضا لوضع جهاز كشف في المياه؛ ينبغي الحرص على أن نقطة فعالة لقياس (1 مم تقع وراء النافذة المدخل في حالة كاشف microLion) يتوضع في 1.5 سم تحت سطح الأرض. التأخير 1 ساعة والجرعة قبل التشعيع ضرورية أيضا من أجل استقرار إمدادات 800 V ودرجة الحرارة.

معدل تكرار LINAC مباشرة آثار الجرعة في النبض. في 800 MU / دقيقة ومع تواتر 150 هرتز، والجرعة في النبضة هو 0.89 ملل جراى / النبض. ينبغي أن تكون ثابتة هذا التردد لجميع القياسات للتأكد من أن المسافة هي العامل المتغير الوحيد لها تأثيرها على الجرعة في النبض. طريقة يمكن استخدامها في حالة وجود شعاع مستمر مع بعض التعديلات ^7. على الأجهزة الأخرى التي لا يمكن أن تختلف من SSD مباشرة عن طريق تحريك الرأس العلاج، ويمكن تعديل معدل التكرار لإدخال الجرعة في اختلاف النبض. إذا هذه المعلمة هيالثابتة وكذلك، فإن SSD لا يزال من الممكن تعديل عن طريق تحريك LIC وسطح الماء في الخزان، ولكن دقة هذا النهج من المرجح أن تكون أقل من حركة الرأس العلاج المستخدمة في هذه الدراسة.

الخطوة التالية في توصيف LIC لاستخدامها في قياس الجرعات حقل صغير هو دراسة العوامل الأخرى التي تحفز اضطراب الاستجابة، مثل مواد للكشف عن حجم وتأثير (أي حقيقة أن حجم الحساسة ليس صغيرة بالمقارنة مع أبعاد شعاع). هذا ممكن من خلال استخدام المحاكاة مونت كارلو ^5. مع تلك الجوانب تؤخذ في الحسبان، عوامل تصحيح العالمية يمكن تطبيقها على القراءات LIC الحصول عليها في القياسات الروتينية السريرية (عوامل الانتاج، جرعات العمق المئوية، وملامح جرعة) من أجل القضاء تماما الاضطرابات.

بعد توصيف كامل وتصحيح هذه الآثار perturbating، رانه LIC يمكن أن تستخدم للكشف عن إضافية لقياس الجرعات الصغيرة شعاع، مما يتيح التحقق بصورة مستقلة من ملامح، وجرعات العمق المئوية وعوامل الانتاج يقاس كشف عن الأخرى. من شأنه أيضا أن تكون مناسبة قرارها مكانية عالية جدا في الاتجاه الطولي لقياس الجرعات من حقول مستطيلة مع واحد فقط البعد الصغيرة (مثل Tomotherapy.)

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
MicroLion chamber	PTW	31018	http://www.ptw.de/2263.html
Unidos Webline dosimeter	PTW		http://www.ptw.de/unidos_webline_dosemeter_rt0.html
HV supply	PTW		http://www.ptw.de/2265.html
MP3 water scanning system	PTW		http://www.ptw.de/2032.html
0.125 cm3 SemiFlex chamber	PTW	31010	http://www.ptw.de/semiflex_chambers0.html?&cId=6069
Cyberknife	Accuray