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Engineering

액체 이온화 챔버의 재조합 효과의 특성은 Radiosurgical 가속기의 선량 측정에 사용

Published: May 9, 2014 doi: 10.3791/51296
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Medical Physics, Centre Oscar Lambret

Summary

방사선 치료 장치의 수가 증가하고 증가 맞추어 분획 당 고용량을 허용 종양으로 매우 작은 빔을 통해 선량 전달의 장점을 제공한다. 다양한 검출기는 이러한 작은 필드의 선량에 사용될 수있다. 본 연구에서, 이온의 재결합 효과 정위 방사선 치료 시스템을 사용하여, 액체의 이온화 챔버로 조사된다.

Abstract

대부분의 현대 방사선 치료 장치는 어느 강도 변조 방사선 요법 (IMRT)의 빔릿을 통해 또는 위치 결정 정밀도가 환자의 작은 부피 분획 당 매우 높은 투여 량을 제공 할 수 있습니다 정위 방사선 치료를 통해 매우 작은 필드의 사용을 허용한다. 의료 가속기에 대한 선량 측정은 통상적으로 공기 채워진 이온화 챔버를 사용하여 구현된다. 그러나, 작은 빔에 이들은 무시할 교란 효과에 적용됩니다. 이 연구는 공간 해상도와 낮은 플루 언스의 섭동 (perturbation)의 측면에서 장점을 제공 액상 이온화 챔버에 초점을 맞추고 있습니다. 이온 재결합 효과는 사이버 나이프 시스템 (Accuray)와 함께 사용되는 microLion 검출기 (PTW)에 대해 조사하고 있습니다. 방법은 다른 소스 표면 거리에서 수조 일련의 측정을 수행하고, 동시 가스 검출기 측정에 기초하여, 액체 검출부 판독 정정을 적용으로 구성된다. 이 방법의 facilita액체 민감한 매체의 고밀도에서 발생 및 검출 판독 값에 적용하는 보정 계수를 얻는 재조합 효과를 단리 TES. 주된 어려움은 챔버 응답의 작은 변화를 검출 할 수 있도록 설정 정확성의 충분한 수준의 달성에있다.

Introduction

방사선 치료의 선량은 수년 동안 기체의 이온화 챔버를 사용하여 수행되었다. 이 감지기는 지금까지 "기존의"방사선 치료에 관한 한 잘, 즉 큰 균일 한 (또는 느리게 변화하는) 필드를 사용하는 수행합니다. 그러나 이러한 사이버 나이프와 같은 최근의 많은 장치 (그림 1)이 작품에서 공부 시스템은 (5mm까지) 아주 작은 필드를 사용할 수있는 가능성을 제공한다. 다른 장치는 변조 된 강도 방사선 치료 (IMRT)와 같이 고도의 변조 된 빔 프로파일을 생성한다. 기존의 공기 채워진 탐지기는 이러한 기술 1에 적합하지 않습니다; 캐비티의 체적이 챔버 응답이 너무 낮게 될 것 사이즈로 감소 할 것이다 허용되는 공간적 해상도에 도달하기 위해. 다이오드는 작은 구분 볼륨의 이점을 제공하고 광범위 작은 빔 선량 측정에 사용된다. 그들은 이러한 산란 효과와 같은 다른 제한을 제시하지만자신의 금속에서 발생하는 12, 13 차폐.

액체 이온화 챔버 (2) (LIC)에서, 이온화 밀도가 훨씬 높다 따라서 민감한 볼륨의 감소는 검출기 반응을 손상시키지 않고 가능하다. 더욱이 민감한 매체는 공기 캐비티와 연결된 플루 섭동을 줄이고, 물에 가까운 밀도를 갖는다. 이러한 측면은 LIC 작은 빔 선량 3-5 흥미로운 후보합니다.

저소득과 일상 선량 측정을 수행 할 수있게되기 전에 해결하기 위해 몇 가지 문제는 그럼에도 불구하고있다. 첫째, 때문에 높은 이온화 밀도 재결합 효과는 공기로 채워진 챔버 6-8에서보다 더 중요하다. 재조합 (다른 이온화 이벤트에서 오는 두 이온이 재결합) 초기 (전자의 어머니 이온과 재결합), 일반이 될 수 있습니다. 후자는 검출기에 선량률 사건에 따라 달라집니다; 티상대 선량 측정 (즉, 용량 프로필, 백분율 깊이 복용, 출력 인자) 잠재적으로 인해 선량률의 변화에 편차를받을 수있는 자신의 방법. 재조합은, 일반 수집 효율을 특징으로 입사 방사선에 의해 생성 된 전하에 측정 된 전하의 비율로 정의하고 초기 재결합을 탈출한다 : F = Q C / Q 0. 기체 검출기에서 재결합 효과 저소득 11에 적용될 수 없다 보그 9,10의 이론에서이 전압 방법을 사용하여 평가된다.

대안은 일반적인 재조합의 영향을 분리 및 관계를 통해 일반 포집 효율을 측정하기 선량율을 변화 이루어진 두 복용량 율법 08의 사용에서 발견 될 수있다
식 (1)

U 데프입니다같은 INED
식 2

α는 전하량을 E, 초기 재조합 H 전극 분리를 탈출 전하량 재결합 계수, Q 0되는, V 챔버의 민감한 양, K (1) 및 K 2 플러스, 마이너스 전하의 이동도, 및 U인가 전압. 펄스 당 상이한 용량으로 측정하여 그 파라미터 U 따라서 포집 효율, 추력을 얻는 것이 가능하다. 펄스 당 투여 량의 관계에 의해 주어진다
식 3

모든 측정은 사이버 나이프의 기준 조건에서 수행됩니다 (소스 표면 거리 SSD = 78.5 cm, 1.5 cm 깊이 60mm의 콜리메이터). 대형 콜리메이터 알로의 사용WS 작은 빔과 연관된 볼륨 효과를 회피. 선량율 관련 800 MU / 분이며, 반복 주파수는 150 Hz에서, 이것은 0.89 mGy의 / 펄스 (기준 조건에서, 1 MU가 일 CGY의 복용량에 상당)의 복용량 초래한다. 펄스 반복 주파수가 일정하게 유지되는 경우, 펄스 당 도즈는 상기 역 제곱 법칙의 거리를 통해 SSD 관련된 Gy의 / 분의 투여 량 비율에 달려있다 :
식 4
두 개의 SSD를 D 1과 D 2.

Protocol

1. 실험 장치 (그림 2)

(종래 검출기 온도 및 높은 전압 공급을 안정화하기 위해 제 1 시간에 측정을 수행 하였다.)

  1. SSD는 200cm까지 증가 할 수있을 것이라는 점을 염두에두고, 처리 머리에서 물 탱크를 배치합니다. 따라서 탱크 천장 높이에 따라 달성 가능한 한 낮게 위치해야합니다.
  2. 선형 가속기 (수직 양쪽 머리의 수직 변과 평행하게한다)와 물 탱크를 맞 춥니 다. 레이저는 방향이 정확한지 확인하기 위해 사용될 수있다; 이 절차는 시스템의 물리 가이드 (14)에 자세히 설명되어있다.
  3. 두 개의 서로 다른 깊이에서 X 및 Y 프로파일 측정을 수행하는 빔 편차를 계산하고 (물리학 설명서 참조)의 머리의 회전 축을 사용하여 보정하여 선형 가속기의 세로 방향을 확인한다.
  4. 텔레 액세서리와 콜리메이터를 장착하고 accur하기 위해 사용ately 78.5 cm의 SSD에 머리를 놓습니다. 액세서리의 끝은 거의 물 표면을 터치해야합니다.
  5. 텔레을 제거하고 처리 머리에 60mm의 콜리메이터를 놓습니다.
  6. 빔의 방향에 원통형 공동 평행 축과 수직 위치에있는 1.5 cm 깊이, 즉에서 LIC 참조 점을 배치합니다. 이것은 소스와 검출기 사이 80cm의 거리가 길어. 횡 방향의 빔의 중심에 위치하는 LIC 레이저를 사용한다.
  7. 감쇠, 거리, 분산 효과를 보정 할 수 있도록 다음 LIC에 0.125 cm 3 공기로 채워진 이온화 챔버 (AIC)를 놓습니다.
  8. LIC와 전위계에 높은 전압 공급 장치를 연결하고 다른 전위계 800 V. 연결 AIC에 전압을 설정하고 400 V로 전압을 설정 다음 안정을 위해 1 시간을 기다립니다.
  9. 검출기 측 방향 위치 결정의 정확도를 보장하기에 프로파일 측정을 수행가로 방향으로하고 필요한 경우 LIC의 제로에게 정정을 모두.
  10. 선형 가속기의 반복 속도는 (공칭 값 = 150 Hz에서) 고정되어 있는지 확인합니다.

2. 측정

  1. 순 LIC 반응을 안정화시키기 위해 3000 모니터 유닛 (MU)의 사전 조사량을 전달한다. 그런 다음 일렉트로의 0을 수행합니다.
  2. 평가하는 누설 전류 및 안정성 측정 (100 MU 7.5 초)와 동일한 기간 동안 빔을 끄고 충전 인수의 시리즈를 수행합니다. 빔에 의해 측정 된 값으로 얻어진 평균 값을 비교한다. 빔에 의해 측정 작은 값의 0.03 % 이하의 전형적인 전하 누설은 무시할 간주 될 수있다.
  3. 58.5 cm의 SSD에서 처리 머리를 놓고 : 직교 모드에서 리모콘을 사용하여 간단하게 Z-방향으로 20cm의 동작을 수행합니다.
  4. , 치료실을두고 문을 닫고 100 MU의 조사 프로그램운영자 콘솔. 그런 다음, 두 일렉트로을 시작 복용량을 제공하고 LIC와 AIC에 의해 측정 된 요금을주의 식 5 .
  5. 통계적 불확실성을 평가할 수있는 프로세스를 10 번 반복한다.
  6. 열 측정 한 후, 방을 입력하고 다음 위치 (68.5 cm의 SSD)로 처리 머리를 이동합니다. 를 반복 한 다음 2.4 및 2.5 단계를 반복합니다.
  7. 헤드가 더 멀리 탱크로부터 이동 될 때 전하가 역 제곱 거리 법을 다음의 변화로 측정 지점 사이의 거리가 증가 될 수있다. 표 1 펄스 당 대응 복용량과 함께, 측정점의리스트의 예를 제공한다.

표 1
표 1.이 선량에 대한 측정점 목록펄스 당 대응 복용량과 율법 (A 및 B).

3. 분석

두 가지 방법은 데이터를 분석하는데 사용될 수있다.

방법

  1. 각 거리 d를 들어, 같은 거리에 대응하는 AIC 얻어진 값과 각 측정 LIC 값의 비를 가지고 식 5 .
  2. 비율을 플롯 식 5 펄스 당 투여 량에 대한 펄스 당 제로 투여 량, R 0의 추정 비율을 얻기 위해 선형 피팅을 사용합니다.
  3. 포집 효율은 0 mGy의 / 펄스에서 하나 동일하다고 가정하고, F의 값 (즉 치수마다 비로를 얻기 위해 이전 단계로부터 외삽 값 스텝 3.A.1 계산 모두 비 정상화 요인되도록 K의 R = 0 일).
  4. 포집 효율의 변화를 나타내는 펄스 당 용량의 값에 대해 (F)의 값을 플롯. 오차 막대는 각각의 거리에서의 반복 된 측정으로부터 계산 LIC 및 AIC 혐의 불확실성 전파에 의해 계산 될 수있다.

방법 B

  1. 비율을 식 (6) 200cm (198.5 cm의 SSD), 60 센티미터 (58.5 cm의 SSD),에서와 AIC 판독의 LIC의 판독, 식 (6) .
  2. 수치 U (200) 아래의 방정식을 해결한다.
    식 (7)
  3. 포집 효율, F를 구하는 관계식에서 U (200)의 값을 주사200cm의 거리에서.
    식 8
  4. 효율만큼 전하 비가 3보다 더 높은 상태로, 60cm 이외의 거리와의 비율을 사용하여 계산 될 수있다.이 절차는 u에게 계산 된 F 값에 불확실성을 테스트한다.
  5. 관계식 (거리를 선택할를 사용하여 모든 측정 포인트에 대한 파라미터 U를 계산되도록 식 (10) )
    식 9
  6. 관계로부터, D F를 모두 수집 효율을 계산
    식 (11)
  7. represe하는 펄스 당 용량의 값에 대해 (F)의 값을 플롯포집 효율의 진화를 NT. 오차 막대는 각각의 거리에서의 반복 된 측정으로부터 계산 LIC 및 AIC 혐의 불확실성 전파에 의해 계산 될 수있다.

Representative Results

도 3에서 메소드로부터 얻어진 F 포집 효율은 0에서 신호 중의 2 % 손실을 보일 수있다 mGy의 1.6 / 펄스 범위의 펄스 당 복용량에 대해 도시된다. 포인트는 선형 동작을 수행합니다. 오차 막대는 방법에 내재 된 것 크게 또한이 방법 AIC 응답이 반드시 완전히 사실이 아니다 더 재조합 효과를 거쳐야하는 것으로 가정 주목할 필요가있다 방법 B.의 사용으로 감소시킬 수있는 중요한 불확실성을 보여 . 이 하나를 확인하는 것은 간단하게 (아무 물 탱크) 및 역 광장 거리에 대한 올바른 빌드 업 캡에 혼자 AIC를 사용하여 유사한 측정을 수행 할 수 있습니다; 작은 편차는 불확실성의 값을 관찰 포함될 수 있습니다.

도 4는 두 번째 방법 (B)로부터 산출 포집 효율을 나타낸다. 그것은 더 정확한 입증와 f의 절대 값을 제공하는 장점이있다. 데비선형 동작과 관리 포인트는 작은 신호의 손실이 방법 A.보다 약간 낮은

방법 B의 직접적인 응용으로, 인자는 단순히 수집 효율, F의 역수를 취함으로써, 펄스 당 주어진 투여 량으로 일반적으로 재조합 보정하기 위해 계산 될 수있다. 그러면 이러한 요인은 상대적인 깊이 선량 측정에 적용 할 수있다.도 5는 재조합 보정 전후 (재조합 효과의 대상이되지) 다이오드 및 LIC 측정 상대적인 깊이 도즈를 나타낸다. 곡선이 (재조합 효과가 사라져) 240 ㎜의 깊이로 정규화 될 때,이 수정은 축적 영역 (따라서 펄스 ​​당 투여 량 및 보정 계수가 가장 높은 곳)에 재조합 효과를 보상 즉, 일치한다. 이렇게 계산 된 정정 인자가 정확하고 두 선량율 방법의 유효성 검사의 역할을 할 수 있음을 시사한다.


그림 1. 사이버 나이프 시스템이 재부. 가속기 머리를 아래쪽으로 가리키는 측정에 사용되는 사이버 나이프 시스템의 전망. 수조는 어느 층에 배치하거나,​​ 실내의 뒤쪽에 보이는 로봇 소파, 머리 위에 가능한 공간에 의존 할 수있다.

그림 2
그림 2. 실험 설정. 설치는 AIC와 LIC와 여기에 표시되는 아래쪽 감독 빔의 중심에, 물 탱크 (1.5 cm 깊이) 내부에 서로 옆에 배치했다. 화살표는 60cm의 거리 (58.5 cm의 SSD)에서 시작 200cm (198.5 cm의 SSD)에서 끝나는 일련의 측정 사이의 가속기 머리의 움직임을 나타냅니다.


그림 3. 일반 포집 효율, 펄스 당 용량에 대한 일반적인 수집 효율, F, 진화의 방법 A. 그래프 (에 mGy의 / 펄스) 방법 A.로부터 얻어진

그림 4
도 4. 일반 포집 효율, 방법 B. 일반 포집 효율이 방법 B. 결과 다음, 펄스 당 복용량에 대해 도시

그림 5
상대적인 깊이 선량 측정을도 5. 신청. 다이오드 측정으로부터 얻어진 상대 깊이 도즈는 청색으로 도시되어있다.LIC 측정의 결과는 적색 (나안)과 노란색 (수정) 곡선으로 표시됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Discussion

위에서 제시 한 방법은 선량률 (0.14-1.58 mGy의 / 펄스)의 넓은 범위에 걸쳐 LIC의 재결합 효과를 평가 할 수 있습니다. 방법은 간단하지만, 포집 효율, F의 상당히 정확한 (절대) 값을 제공하는 방법 B,보다 불확실성과 연관된다. 재조합 조사 전체 범위에서 신호를 약 2 %의 손실에 대한 책임이지만,이 범위는 일반적으로 일상적인 측정시 스팬 것보다 더 크다. 출력 계수에 큰 오차는 0.35 %이고, 결과 섹션에 도시 된 것처럼 그것을 백분율 깊이 량 측정을 위해 1 %에 도달한다.

모든 측정은 처리 헤드의 초기 위치에 대하여 수행되는 프로토콜을 수행하기위한 중요한 요소는, 실험의 초기 설정이다. 따라서 하나는 각 검출기의 측정 값을 연관시킬 수있는 초기 SSD의 정확한 측정을주의해야1 펄스 당 복용량. 이것은 또한 물 검출기의 배치를 위해 사실이다; 케어 측정의 효과적인 점 (microLion 검출기의 경우는 입구 창 뒤에 1mm 위치하고) 표면 아래 1.5 cm에 위치하도록주의해야한다. 1 시간 지연 및 프리 조사량은 800 V의 공급과 온도를 안정시키기 위해 필수적이다.

펄스 당 선형 가속기의 반복 속도에 직접 영향 복용량을. 800 MU / 분에서 150 Hz의 주파수로, 펄스 당 투여 량은 0.89 mGy의 / 펄스이다. 이 주파수는 거리가 펄스 당 투여 량에 영향을 미치는 유일한 변수 요인이 있는지 확인하기 위해 모든 측정에 고정되어야한다. 이 방법은 몇 가지 적응 7과의 연속 빔의 경우에 사용될 수있다. SSD가 직접 처리 헤드를 이동시킴으로써 변화 될 수없는 다른 장치, 반복률, 펄스 당 편차 량을 도입하기 위해 수정 될 수있다. 이 매개 변수가있는 경우뿐만 아니라 고정, SSD는 여전히 LIC 및 탱크 내의 물 표면을 이동시킴으로써 변경 될 수 있지만,이 방법의 정밀도는 가능성 본 연구에 사용 된 처리 헤드 이동보다 낮은 것이다.

작은 필드 선량에서의 사용을위한 LIC의 특성화의 다음 단계는 그러한 검출기 및 볼륨 효과의 재료로서 응답 (의 섭동을 유발 다른 요인을 조사하는 민감한 볼륨이 아니라는 사실 즉 작은 빔 사이즈)에 비해. 이것은 몬테카를로 시뮬레이션 5의 사용을 통해 가능하다. 고려 이러한 측면으로, 해외 정정 인자 완전히 섭동을 해소하기 위해 임상 루틴 측정에서 얻어진 LIC 판독 (출력 요소 백분율 안길 복용량, 도즈 프로파일)에 적용될 수있다.

이러한 perturbating 효과의 전체 특성 및 수정 후, t그는 LIC 정보는, 백분율 깊이 선량 유용한 검출기에 의해 측정 된 출력 요소의 독립적 인 검증을 허용 작은 빔 선량 측정을위한 추가적인 검출기로서 사용될 수있다. 길이 방향으로 매우 높은 공간 해상도는 하나의 작은 차원으로 직사각형 필드의 선량 측정에 적합 할 것 (예 : 토모테라피.)

Disclosures

저자가 공개하는 게 없다.

Acknowledgments

저자는 아직 승인이 없습니다.

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

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References

  1. Das, I. J., Din, G. X., Ahnesjö, A. Small fields: non-equlibrium radiation dosimetry. Med. Phys. 35 (1), 206-215 (2008).
  2. Wickmann, G., Nystrom, H. The use of liquids in ionization chambers for high precision radiotherapy dosimetry. Phys. Med. Biol. 37 (9), 1789-1812 (1992).
  3. Chung, E., Soisson, E., Seuntjens, J. Dose homogeneity specification for reference dosimetry of nonstandard fields. Med. Phys. 39 (1), 407-414 (2011).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Boag, J. W. Ionization measurements at very high intensities: part I. Pulsed radiation beams. Br. J. Radiol. 23 (274), 601-611 (1950).
  10. Boag, J. W. The saturation curve for ionization measurements in pulsed radiation beams. Br. J. Radiol. 25 (300), 649-650 (1952).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Accuray Inc., Physics Essentials Guide P/N 032515A-ENG. Accuray Inc. , (2010).

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