Summary
מספר גדל והולך של התקני טיפול קרינתי להציע את היתרון של מתן המינון דרך קורות קטנות מאוד לגידול, ומאפשר לקונפורמיות מוגברת ומינונים גבוהים יותר לשברים. גלאים רבים ושונים יכולים לשמש לdosimetry של השדות הקטנים האלה. במחקר הנוכחי, ההשפעה של רקומבינציה יון נחקרת לתא יינון נוזלי באמצעות מערכת טיפול קרינתי stereotactic.
Abstract
רוב מכשירי טיפול בקרינה המודרניים מאפשרים שימוש בשדות קטנים מאוד, בין אם באמצעות beamlets בעוצמה מווסתת הקרנות (IMRT) או באמצעות הקרנות stereotactic בי דיוק מיקום מאפשר מתן מינונים גבוהים מאוד לחלק קטן בנפח קטן של המטופל. מדידות מדי מינון במאיצים רפואיים קונבנציונלית הבינו באמצעות תאי יינון אוויר מלא. עם זאת, בקורות קטנות האלו הנתונות להשפעות הפרעות nonnegligible. מחקר זה מתמקד בתאי יינון נוזליים, אשר מציעים יתרונות במונחים של רזולוציה מרחבית והפרעות שטף נמוכות. השפעות רקומבינציה יון נחקרות לגלאי microLion (PTW) בשימוש עם מערכת CyberKnife (Accuray). השיטה מורכבת מביצוע סדרה של מדידות מיכל מים במרחקים מקור קרקע שונות, ומיישום תיקונים לקריאות גלאי נוזליים המבוססות על מדידות גלאי גזים בו זמנית. facilita גישה זוtes בידוד השפעות רקומבינציה הנובעות מהצפיפות הגבוהה של המדיום רגיש הנוזל וקבלת גורמי תיקון שיחולו על קריאות הגלאי. הקושי העיקרי מתגורר בהשגת רמה מספקת של דיוק בהגדרה להיות מסוגל לזהות שינויים קטנים בתגובת התא.
Introduction
Dosimetry בטיפול בקרינה שבוצע באמצעות תאי יינון גזים במשך שנים רבות. גלאים אלה מתפקדים היטב ככל טיפול קרינתי "קונבנציונלית" היא מודאג, משמשים שדות הומוגנית (או משתנים לאט) גדולים כלומר. עם זאת רבים מכשירים אחרונים, כגון CyberKnife מערכת למדה בעבודה זו (איור 1), מציעים את האפשרות של שימוש בשדות קטנים מאוד (עד 5 מ"מ). התקנים אחרים לייצר פרופילי קרן מווסתת מאוד כגון בעוצמה מווסתת הקרנות (IMRT). גלאים מלאים באוויר קונבנציונלי אינם מתאימים היטב לטכניקות אלה 1; כדי להגיע לרזולוציה מרחבית מקובלת הנפח של החלל יצטרך להצטמצם לגודל שבו התגובה הקאמרית הייתי להיות נמוכה מדי. דיודות מציעות את היתרון של כרכים רגישים קטנים יותר והם נמצאים בשימוש נרחב בdosimetry קרן הקטן. עם זאת הם מציגים מגבלות אחרות, כגון פיזור אפקטיםהנובע מהמתכתי שלהם מיגון 12,13.
בתא יינון נוזל 2 (LIC), צפיפות היינון היא הרבה יותר גבוהה, ולכן ההפחתה של עוצמת הקול רגישה אפשרית מבלי להתפשר על תגובת הגלאי. יתר על כן המדיום רגיש יש צפיפות קרובה לזו של מים, הפחתת הפרעות שטף הקשורים לחלל אוויר. היבטים אלה הופכים את LIC מועמד מעניין לקרן קטנה dosimetry 3-5.
יש בכל זאת כמה בעיות כדי לטפל לפני להיות מסוגל לבצע מדידות מדי מינון שיגרתי עם LICs. ראשית, בשל צפיפות היינון גבוהה יותר את השפעות רקומבינציה הן יותר חשובות מאשר בתאים מלאים באוויר 6-8. רקומבינציה יכולה להיות ראשונית (אלקטרון recombines עם יון אמה) או כללית (שני יונים המגיעים מאירועי יינון שונים לשלב מחדש). האחרון הוא תלוי באירוע שיעור מינון על הגלאי; לאהאמצעים שלו שמדידות מינון יחסי (כלומר פרופילי מינון, מינון עומק אחוז, גורמי פלט) יכולות באופן פוטנציאלי לעבור חריגות כתוצאה מהשינוי בשיעור מינון. רקומבינציה מאופיינת ביעילות האוסף הכללי, מוגדר כיחס בין תשלום שנמדד לתשלום המיוצר על ידי קרינת האירוע ונמלטה רקומבינציה הראשונית: F = Q C / ש 0. בגלאי גזי השפעות רקומבינציה מוערכות בשיטת שני המתח מהתאוריה של Boag 9,10, אשר לא יכול להיות מיושמת ב11 LICs.
ניתן למצוא חלופה בשימוש בשיטת שני במינון שער 8, בהיקף של משתנה שיעור המינון כדי לבודד את ההשפעה של רקומבינציה הכללית ולמדוד את יעילות האוסף הכללי באמצעות ביחס 
שבו U הוא defכלעצמה 
עם α להיות מקדם רקומבינציה, Q 0 כמות המטען שבורחת רקומבינציה הראשונית, שעות הפרדת אלקטרודה, דואר האחראי היסודי, V הנפח רגיש של החדר, k 1 ו-k 2 mobilities של המטענים החיוביים ושליליים, וU המתח להחיל. על ידי מדידה במינונים שונים לכל דופק הוא להסיג לך את הפרמטר u ובכך את יעילות הגבייה, F. המינון לכל דופק ניתן על ידי היחס 
כל המדידות מבוצעות בתנאי הייחוס של CyberKnife (SSD מרחק המקור-Surface = 78.5 סנטימטר, עומק 1.5 סנטימטר, collimator 60 מ"מ). השימוש בהל collimator גדולws הימנעות את השפעות הנפח הקשורים לקורות קטנות. בהתחשב בקצב המינון היא 800 MU / דקות ותדירות החזרה היא 150 הרץ, זה תוצאות במינון של 0.89 mGy / דופק (בתנאי הייחוס, 1 MU מתאים למינון של 1 cGy). כאשר תדירות החזרה הדופק נשמר קבועה, המינון לכל דופק תלוי רק בקצב המנה בGy / דק ', אשר קשור ל-SSD באמצעות חוק המרחק ההפוך בריבוע: 
לשני כונני SSD ד 1 וד 2.
Protocol
1. ניסיוני התקנה (איור 2)
(הנערכת על 1 שעות לפני המדידות הראשונות כדי לייצב את טמפרטורת הגלאי ואספקת מתח הגבוהה).
- הנח את מיכל המים מתחת לראש הטיפול, תוך התחשבות כי SSD יצטרך להיות מוגבר עד 200 סנטימטר. לכן המכל צריך להיות ממוקם נמוך כמו השגה, בהתאם לגובה התקרה.
- יישר את מיכל מים עם linac (הצדדים האנכיים שלה חייבים להיות מקבילים לצדדים האנכיים של הראש). הלייזר יכול לשמש כדי להבטיח את הכיוון נכון; הליך זה מפורט במדריך לפיזיקה 14 של המערכת.
- ודא שהכיוון האנכי של linac על ידי ביצוע מדידות x ופרופיל y בשני עומקים שונים, מחשוב סירוב הקרן ותיקון באמצעות צירי סיבוב של הראש (עיין במדריך לפיסיקה).
- החלף את collimator עם אבזר מד המרחק, ולהשתמש בו כדי accurately למקם את הראש ב78.5 SSD סנטימטר. הטיפ של האבזר צריך בקושי נוגע במשטח המים.
- הסר את מד המרחק ומקום collimator 60 מ"מ על ראש הטיפול.
- מקם את נקודת התייחסות LIC ב1.5 סנטימטר עומק במצב אנכי, כלומר עם הציר המקביל החלל הגלילי לכיוון הקורה. כתוצאה מכך מרחק של 80 סנטימטר בין המקור והגלאי. השתמש בלייזר כדי למקם את LIC במרכז האלומה בכיוון לרוחב.
- הנח תא יינון אוויר מלא 0.125 סנטימטר 3 (AIC) ליד LIC להיות מסוגל לתקן את השפעות הנחתה, מרחק ופיזור.
- חבר את LIC ואספקת מתח הגבוה לאלקטרומטר ולהגדיר את המתח ל800 V. חיבור המרכז לאינפורמציה אלטרנטיבית לאלקטרומטר אחר ולקבוע את המתח ל400 V. ואז לחכות שעה 1 למטרות ייצוב.
- כדי להבטיח את הדיוק של המיקום לרוחב גלאי, לבצע מדידות פרופיל בשני כיוונים רוחביים ולתקן את האפס של LIC במידת צורך.
- ודא ששיעור החזרה של linac הוא קבוע (ערך נקוב = 150 הרץ).
2. מדידות
- ראשון לספק מנה טרום הקרנה של 3,000 יחידות לפקח (MU) על מנת לייצב את תגובת LIC. לאחר מכן לבצע אפס של אלקטרומטרים.
- כדי להעריך את הדליפה נוכחית ויציבות, לבצע סדרה של רכישות תשלום עם הקורה מחוץ לזמן שווה לזה של המדידות (7.5 שניות ל100 MU). השווה את הערך הממוצע שהושג לערכים שנמדדו עם הקורה ב. תשלום זליגה אופייני של פחות מ 0.03% מהערך הקטן ביותר שנמדד בקרן יכול להיחשב זניח.
- הנח את ראש הטיפול ב58.5 SSD סנטימטר: להשתמש בשלט הרחוק במצב הקרטזיאני ופשוט לבצע תנועת 20 סנטימטר בכיוון-z.
- השאר את חדר הטיפולים, לסגור את הדלת ולתכנת הקרנה של 100 MU בקונסולת מפעיל. ואז להפעיל את שני אלקטרומטרים, לספק את המינון ושים לב את ההאשמות שנמדדו על ידי LIC והמרכז לאינפורמציה האלטרנטיבי
. - חזור על התהליך 10 פעמים כדי להיות מסוגל להעריך חוסר ודאות סטטיסטית.
- לאחר עשר מדידות, נכנסים לחדר ולהזיז את ראש הטיפול לתפקיד הבא (68.5 SSD סנטימטר). לאחר מכן חזור על שלבים 2.4 ו2.5.
- כשהראש התרחק מהטנק את המרחק בין נקודות מדידה יכול להיות מוגבר כתשלום משתנה בעקבות חוק המרחק ההפוך בריבוע. טבלת 1 מספקת דוגמא לרשימה של מדידת נקודות, יחד עם המינון המתאים לכל דופק.
. 
טבלה 1. רשימה של מדידת נקודות לשתי במינוןשיטת קצב (A ו-B) עם המינונים המתאימים לכל דופק.
3. ניתוח
שתי שיטות ניתן להשתמש כדי לנתח את הנתונים.
שיטה
- לכל מרחק d, לקחת את היחס של כל ערך LIC נמדד עם ערך המרכז לאינפורמציה אלטרנטיבית המקביל שהושג באותו המרחק,
. - מגרש את היחסים נגד המינון לכל דופק ולהשתמש ליניארי לנכון לקבל את היחס להסיק על אפס מינון לכל דופק, R 0.
- בהנחה שיעילות האיסוף היא שווה ל 1 ב 0 mGy / דופק, לנרמל את כל היחס מחושב ב3.A.1 צעד לערך להסיק מהשלב הקודם על מנת לקבל ערכים של f (בסולם כלומר כל יחס על ידי גורםכזה שR k 0 = 1).
- מגרש את הערכים של f נגד ערכיה של המנה לכל דופק כדי לייצג את האבולוציה של יעילות הגבייה. ניתן לחשב הברים השגיאה על ידי הפצת אי הוודאויות על האשמות LIC והמרכז לאינפורמציה אלטרנטיביות מוערכות מהמדידות החוזרות ונשנות בכל מרחק.
. שיטה ב '
- קח את היחסים
של קריאות LIC ב200 סנטימטר (SSD 198.5 סנטימטר) ו60 סנטימטר (58.5 SSD סנטימטר), ושל קריאות AIC, . - מבחינה מספרית לפתור את המשוואה הבאה לu 200.
- הזרק את הערך של u 200 בביחס הבא כדי להשיג את יעילות הגבייה, fבמרחק סנטימטר 200.
- היעילות יכולה להיות מחושבת באמצעות היחסים עם מרחקים אחרים מ -60 סנטימטר, כל עוד יחס תשלום הוא גבוה יותר מאשר 3. הליך זה מאפשר לבחון את חוסר הוודאות על הערכים מחושבים u ו f.
- לחשב את הפרמטר u עבור כל נקודות המדידה, תוך שימוש ביחס הבא (לבחור את המרחקים כך ש
) 
- לחשב את כל יעילות הגבייה, ו ד, מביחס
- מגרש את הערכים של f נגד ערכיה של המנה לכל דופק לrepresent האבולוציה של יעילות הגבייה. ניתן לחשב הברים השגיאה על ידי הפצת אי הוודאויות על האשמות LIC והמרכז לאינפורמציה אלטרנטיביות מוערכות מהמדידות החוזרות ונשנות בכל מרחק.
של קריאות LIC ב200 סנטימטר (SSD 198.5 סנטימטר) ו60 סנטימטר (58.5 SSD סנטימטר), ושל קריאות AIC, 
) 
Representative Results
באיור 3 את יעילות הגבייה ו מתקבלת משיטה זממו נגד המינון לכל דופק, שנע 0-1.6 mGy / דופק שבו אובדן של 2% באות שניתן לראות. הנקודות לעקוב התנהגות ליניארית. הברים השגיאה להראות אי ודאויות חשובות שנראות טבעי לשיטה ויכולים להיות מופחתת באופן משמעותי עם השימוש ב 'שיטה כמו כן, ראוי לציין כי בשיטה זו בתגובת המרכז לאינפורמציה אלטרנטיבית הנחה היא לעבור ללא תופעות רקומבינציה, וזה לא בהכרח נכון לחלוטין . כדי לאמת זאת אפשר פשוט לבצע מדידות דומות באמצעות AIC לבדו בכובע הצטברות (אין מיכל מים) ונכון למרחק היפוך הריבוע; ניתן לראות סטיות קטנות ונכללו בערכים אי ודאויות.
איור 4 מראה את יעילות הגבייה מחושבת מהשיטה השנייה (ב '). זה מוכיח יותר מדויק ויש לו את היתרון של מתן ערכים מוחלטים של f. דווי ations מהתנהגות יניארי הם קטנים וההפסד באות הוא מעט נמוך יותר מאשר עם א השיטה
כיישום ישיר של השיטה B, ניתן לחשב גורמים כדי לתקן לרקומבינציה הכללית במינון שניתן לכל דופק, פשוט על ידי לקיחת ההופכי של יעילות גבייה, F. אז יכולים להיות מיושמים הגורמים הללו למדידות מינון עומק יחסי איור. 5 מראה מנת עומק היחסית נמדדה עם דיודה (אינו כפופה להשפעות רקומבינציה) ועם LIC לפני ואחרי תיקון רקומבינציה. כאשר העקומות הם מנורמלים בעומק של 240 מ"מ (שבו השפעות רקומבינציה להיעלם), הם עולים בקנה אחד, כלומר התיקונים לפצות על השפעות רקומבינציה באזור ההצטברות (שבו המנה לכל דופק ובכך גורמי התיקון הם הגבוהות ביותר). הדבר מצביע על כך גורמי התיקון מחושבים מדויקים ויכולים לשמש כאימות של שיטת שיעור שני במינון.
: לשמור-together.within-page = "תמיד"> 
איור 1. Sytem CyberKnife. תצוגה של מערכת CyberKnife משמשת למדידות, עם ראש המאיץ מצביע כלפי מטה. מיכל המים יכול גם להיות ממוקם על הרצפה, או על הספה רובוטית גלויה בחלק האחורי של החדר, בהתאם לשטח הפנוי מעל לראש.
איור 2. התקנה ניסיונית. ההתקנה מיוצגת כאן עם המרכז לאינפורמציה אלטרנטיבית וLIC הונח אחד ליד שני בתוך טנק המים (1.5 סנטימטר עומק), במרכזה של הקרן, שמופנה כלפי מטה. החיצים מצביעים על תנועת ראש המאיץ בין כל סדרה של מדידות, החל במרחק 60 סנטימטר (58.5 SSD סנטימטר) ומסתיים ב200 סנטימטר (SSD 198.5 סנטימטר).
ether.within-page = "תמיד"> 
איור 3. יעילות אוסף כללית, גרף א 'שיטה של האבולוציה של יעילות האוסף הכללי, f, ביחס למינון לכל דופק (בmGy / דופק) שהתקבל מא השיטה
איור 4. יעילות אוסף כללית, יעילות אוסף שיטה ב 'כללי זמם נגד המינון לכל דופק, בעקבות תוצאות מב השיטה
איור 5. יישום למדידות מינון עומק יחסי. מינון העומק היחסי המתקבל ממדידות דיודה מוצג בכחול.התוצאות ממדידות LIC מיוצגות על ידי אדום (שלא תוקן) ועקומות צהובות (מתוקנות). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Discussion
השיטות שהוצגו לעיל תאפשר להערכת השפעות רקומבינציה בLIC על פני טווח גדול של מחירים במינון (.14-1.58 mGy / דופק). השיטה הוא פשוט, אך היא קשורה עם יותר ודאות מאשר בשיטה B, המספק ערכים מדויקים למדי (ומוחלטים) של יעילות גבייה, F. רקומבינציה תהיה אחראית לאובדן של כ -2% באות על כל נחקר הטווח, אבל לטווח זה הוא גדול יותר מאשר מה שבדרך כלל הוא הקיף במהלך מדידות שגרתיות. השגיאה הגדולה ביותר על גורם פלט היא 0.35%, והוא מגיע ל -1% למדידת מינון עומק אחוז כפי שראה בסעיף התוצאות.
האלמנט הקריטי לביצוע הפרוטוקול הוא ההגדרה הראשונית של הניסוי, כפי שכל המדידות מבוצעות ביחס לעמדתו הראשונית של ראש הטיפול. לכן צריך להיות זהיר לגבי המדידה מדויקת של SSD הראשוני להיות מסוגל להתייחס קריאות גלאי לכל אחדמינון לכל דופק. זה נכון גם למיקום של הגלאי במים; יש להקפיד שהנקודה היעילה של מדידה (ממוקם 1 מ"מ מאחורי חלון הכניסה במקרה של גלאי microLion) ממוקמת ב1.5 סנטימטר מתחת לפני השטח. עיכוב שעה 1 והמנה טרום ההקרנה הם גם חיוניים כדי לייצב את אספקת 800 V והטמפרטורה.
שיעור החזרה של linac משפיע באופן ישיר את המינון לכל דופק. ב 800 MU / דקות ועם תדר של 150 הרץ, המנה לכל דופק היא 0.89 mGy / דופק. תדר זה צריך להיות קבוע לכל המדידות כדי לוודא שהמרחק הוא הגורם משתנה רק שיש השפעה על המינון לכל דופק. השיטה יכולה לשמש במקרה של קרן רציפה עם כמה עיבודים 7. על מכשירים אחרים שבם SSD לא יכול להיות מגוון על ידי ישירות הזזת ראש הטיפול, שיעור החזרה יכול להיות שונה כדי להציג את מינון וריאציה דופק ל. אם פרמטר זה הואקבוע, כמו גם, SSD עדיין יכול להיות שונה על ידי הזזת LIC ופני המים במכל, אבל הדיוק של גישה זו עשוי להיות נמוך יותר מאשר תנועת ראש הטיפול בשימוש במחקר הנוכחי.
השלב הבא באפיון של LIC לשימוש שלה בdosimetry שדה הקטן הוא לחקור גורמים נוספים אשר יגרמו להפרעה של התגובה, כגון חומרים של הגלאי ואת השפעת הנפח (כלומר את העובדה שהנפח רגיש הוא לא קטן בהשוואה לממדים של הקרן). זה אפשרי באמצעות השימוש בסימולציות מונטה קרלו 5. עם אותם ההיבטים נלקחו בחשבון, יכולים להיות מיושמים גורמי תיקון הגלובליים לקריאות LIC מתקבלות במדידות שגרתיות קליניות (גורמי פלט, מינוני עומק אחוז, פרופילי מינון) כדי לחסל באופן מלא ההפרעות.
לאחר האפיון ותיקון המלא של השפעות perturbating אלה, לאהוא LIC יכול לשמש כגלאי נוסף לdosimetry קרן הקטן, המאפשר אימות עצמאית של פרופילים, מינוני עומק אחוז וגורמי תפוקה נמדדים על ידי גלאים אחרים. שלה רזולוציה מרחבית גבוהה מאוד בכיוון האורך תהיה גם מתאימה לdosimetry של שדות מלבניים עם ממד קטן אחד בלבד (למשל TomoTherapy.)
Disclosures
יש המחברים אין לחשוף.
Acknowledgments
יש הסופרים לא תודות.
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 |
References
- Das, I. J., Din, G. X., Ahnesjö, A. Small fields: non-equlibrium radiation dosimetry. Med. Phys. 35 (1), 206-215 (2008).
- Wickmann, G., Nystrom, H. The use of liquids in ionization chambers for high precision radiotherapy dosimetry. Phys. Med. Biol. 37 (9), 1789-1812 (1992).
- Chung, E., Soisson, E., Seuntjens, J. Dose homogeneity specification for reference dosimetry of nonstandard fields. Med. Phys. 39 (1), 407-414 (2011).
- Francescon, P., Kilby, W., Satariano, N., Cora, S. Monte Carlo simulated correction factors for machine specific reference field dose calibration and output factor measurement using fixed and iris collimators on the Cyberknife system. Phys. Med. Biol. 57 (12), 3741-3758 (2012).
- Wagner, A., Crop, F., Lacornerie, T., Vandevelde, F., Reynaert, N. Use of a liquid ionization chamber for stereotactic radiotherapy dosimetry. Phys. Med. Biol. 58 (8), 2445-2459 (2013).
- Johansson, B., Wickman, G., Bahar-Gogani, J. General collection efficiency for liquid iso-octane and tetramethylsilane in pulsed radiation. Phys. Med. Biol. 42 (10), 1929-1938 (1997).
- Andersson, J., Tölli, H. Application of the two-dose-rate method for general recombination correction for liquid ionization chambers in continuous beams. Phys. Med. Biol. 56 (2), 299-314 (2010).
- Sjgren, R., Wendelsten, M. A two-dose-rate method for general recombination correction for liquid ionization chambers in pulsed beams. Phys. Med. Biol. 55 (15), 4247-4260 (2010).
- Boag, J. W. Ionization measurements at very high intensities: part I. Pulsed radiation beams. Br. J. Radiol. 23 (274), 601-611 (1950).
- Boag, J. W. The saturation curve for ionization measurements in pulsed radiation beams. Br. J. Radiol. 25 (300), 649-650 (1952).
- Stewart, K. J., Elliott, A., Seuntjens, J. P. Development of a guarded liquid ionization chamber for clinical dosimetry. Phys. Med. Biol. 52 (11), 3089-3104 (2007).
- Yin, Z., Hugtenburg, R. P., Beddoe, H. Response corrections for solid-state detectors in megavoltage photon dosimetry. Phys. Med. Biol. 49 (11), 3691-3702 (2004).
- Griessbach, I., Lapp, M., Bohsung, J., Gademann, G., Harder, D. Dosimetric characteristics of a new unshielded silicon diode and its application in clinical photon and electron beams. Med. Phys. 32, 3750-3754 (2005).
- Accuray Inc., Physics Essentials Guide P/N 032515A-ENG. Accuray Inc. , (2010).
