Caratterizzazione degli effetti di ricombinazione in una ionizzazione Camera liquido utilizzato per la dosimetria di un Acceleratore radiochirurgico

L'obiettivo generale del seguente esperimento è caratterizzare gli effetti della ricombinazione ionica in un rivelatore a ionizzazione liquida utilizzato per la dosimetria di un sistema di radioterapia stereotassica. Questo viene ottenuto mediante il metodo a due tassi di dose, che consiste nell'eseguire una serie di misurazioni in un serbatoio d'acqua con distanze crescenti tra la sorgente e la superficie, al fine di ridurre gradualmente la dose per impulso, aumentando così l'efficienza di raccolta nel volume sensibile del rivelatore come secondo passaggio. Le misurazioni effettuate a diverse dosi per impulso vengono confrontate e utilizzate per ottenere i valori dell'efficienza generale di raccolta in funzione della dose per impulso.

I successivi fattori di correzione vengono calcolati sulla base di queste efficienze di raccolta e vengono applicati alle misurazioni effettuate con la camera a ionizzazione a liquido per correggere l'effetto di ricombinazione. I risultati mostrano che la ricombinazione ionica ha effetti non trascurabili sulle misurazioni della dose simmetrica quando si copre un ampio intervallo di dose per impulso. Le dimensioni e l'equivalenza tissutale del volume attivo del rivelatore rappresentano due aspetti importanti nella misurazione di campi piccoli, rendendo interessante la caratterizzazione di questo rivelatore poiché presenta un volume sensibile estremamente ridotto riempito con un mezzo liquido.

Un vantaggio di questa tecnica è il posizionamento preciso della testa di trattamento che si muove lungo l'asse verticale, il che ci permette di studiare la ricombinazione senza dover modificare l'intera configurazione come nel caso del Linux convenzionale. Per iniziare, posizionare il serbatoio dell'acqua sotto la testa di trattamento il più in basso possibile e riempire il serbatoio con acqua. Successivamente, allineare il serbatoio dell'acqua con il LINAC in modo che i suoi lati verticali siano paralleli ai lati verticali della testa, e utilizzare il laser per assicurarsi che sia nella corretta orientazione.

Quindi verificare l'orientamento verticale del LINAC eseguendo misurazioni del profilo X e Y a due profondità diverse. Calcolare la declinazione del fascio e correggerla utilizzando gli assi di rotazione della testa. Successivamente, sostituire il collimatore con l'accessorio TER e posizionare con precisione la testa a una SSD di 78,5 centimetri, in modo che la punta dell'accessorio tocchi appena la superficie dell'acqua.

Rimuovere quindi il TER e posizionare il collimatore da 60 millimetri sulla testata di trattamento. Successivamente, posizionare la camera a ionizzazione liquida (LIC) in posizione verticale, con l'asse della cavità cilindrica parallelo alla direzione del fascio. Utilizzare il laser per posizionare la LIC al centro del fascio nella direzione laterale.

Quindi posizionare una camera a ionizzazione riempita d'aria con un volume di 0,125 centimetri cubi o una IC accanto alla LIC per poter correggere gli effetti di attenuazione dovuti alla distanza e alla dispersione. Posizionare la camera a 1,5 centimetri sotto il livello dell'acqua. Collegare la LIC e l'alimentatore ad alta tensione all'elettrometro e impostare la tensione a 800 volt.

Collegare il rivelatore A IC a un altro elettrometro e impostare la tensione a 400 volt. Attendere quindi un'ora affinché il sistema si stabilizzi. Eseguire misurazioni del profilo in entrambe le direzioni trasversali e correggere lo zero del LIC per garantire l'accuratezza del posizionamento laterale del rivelatore.

Prima, somministrare una dose di pre-irradiazione di 3000 unità monitor o MU al fine di stabilizzare la risposta del LIC. Successivamente, azzerare i TER. Poi, eseguire una serie di acquisizioni di carica con il fascio spento per valutare la corrente di dispersione e la stabilità.

Quindi impostare il controllore remoto in modalità cartesiana ed eseguire un movimento di 20 centimetri nella direzione Z per posizionare la testa di trattamento a 58,5 centimetri SSD. Successivamente, lasciare la stanza di trattamento, chiudere la porta e programmare una radiazione di 100 mu alla consolle dell'operatore. Avviare entrambi i TER per erogare la dose e annotare le cariche misurate dal LIC e dall'A IC. Ripetere il processo 10 volte per valutare le incertezze statistiche.

Dopo 10 misurazioni, spostare la testa del trattamento a 68,5 centimetri SSD. Quindi ripetere l'irradiazione quando la testa si è spostata ulteriormente dal serbatoio. La distanza tra i punti di misurazione può essere aumentata poiché la carica varia secondo la legge dell'inverso del quadrato della distanza per ogni distanza.

D, calcolare il rapporto tra ciascun valore di LIC misurato e il corrispondente valore di a IC ottenuto alla stessa distanza. Successivamente, riportare questi rapporti in funzione della dose per impulso ed eseguire un’interpolazione lineare per ottenere il rapporto estrapolato a dose nulla per impulso. Assumendo che l'efficienza di raccolta sia pari a uno a zero milligrammi per impulso, normalizzare tutti i rapporti calcolati rispetto al valore estrapolato, al fine di ottenere i valori di F. Quindi, riportare i valori di F in funzione della dose per impulso per rappresentare l'andamento dell'efficienza di raccolta.

Gli errori possono essere calcolati propagando le incertezze sulle cariche LIC e A IC valutate a partire dalle misurazioni ripetute a ciascuna distanza. Le efficienze possono inoltre essere ottenute utilizzando il metodo B, calcolato a partire dalla seguente relazione in cui i parametri sono determinati dai rapporti tra le cariche alle diverse SSD. L'efficienza di raccolta F ottenuta con il metodo A è stata riportata in grafico in funzione della dose per impulso, dove si può osservare una perdita del 2% nel segnale.

Gli errori indicati dalle barre mostrano incertezze importanti intrinseche al metodo A, che possono essere notevolmente ridotte mediante l'utilizzo del metodo B. L'efficienza generale di raccolta, riportata in funzione della dose per impulso calcolata con il metodo B, risulta più precisa e fornisce valori assoluti di F rispetto ai calcoli ottenuti con il metodo A. Le deviazioni sono ridotte e la perdita di segnale è inferiore rispetto al metodo A. Questa figura mostra la dose relativa in profondità ottenuta prima e dopo la correzione per la ricombinazione. Quando le curve vengono normalizzate alla profondità di 240 millimetri, dove gli effetti di ricombinazione scompaiono, le curve coincidono; le correzioni compensano gli effetti di ricombinazione nella zona di buildup, dove i fattori di correzione sono più elevati, indicando l'accuratezza dei fattori di correzione calcolati, una validazione del metodo a due tassi di dose seguendo questa procedura.

Altri metodi, come la modellizzazione Monte Carlo, possono essere utilizzati per completare la caratterizzazione della camera a ionizzazione liquida e studiare altri fattori, come i materiali del rivelatore o gli effetti del volume sensibile.