Name: Charakterystyka efektów rekombinacji w ciekłej komorze jonizacyjnej wykorzystywanej do dozymetrii akceleratora radiochirurgicznego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-09T19:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 31 s
Description: Poznaj efekty rekombinacji jonów w ciekłej komorze jonizacyjnej stosowanej w dozymetrii radioterapii stereotaktycznej. Metoda dwóch dawek na impuls poprawia dokładność pomiarów w małych polach wiązki.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Autorzy nie mają żadnych podziękowań.

1. Układ eksperymentalny (Rysunek 2)
(Wykonano 1 hr przed pierwszymi pomiarami w celu stabilizacji temperatury detektora oraz zasilacza wysokiego napięcia.)
<ol>
	<li>Umieść zbiornik z wodą pod głowicą terapeutyczną, pamiętając, że SSD będzie musiało zostać zwiększone do 200 cm. W związku z tym zbiornik powinien zostać ustawiony tak nisko, jak to możliwe, w zależności od wysokości sufitu.</li>
	<li>Wyrównaj zbiornik z wodą z akceleratorem (jego boki pionowe muszą być równoległe do boków pionowych głowicy). Do zapewnienia prawidłowej orientacji można użyć lasera; procedura ta jest szczegółowo opisana w przewodniku Physics14 systemu.</li>
	<li>Zweryfikuj orientację pionową akceleratora, wykonując pomiary profilu x i y na dwóch różnych głębokościach, obliczając odchylenie wiązki i korygując je za pomocą osi obrotu głowicy (patrz przewodnik Physics).</li>
	<li>Zastąp kolimator akcesorium telemeteru i użyj go do precyzyjnego ustawienia głowicy na SSD 78,5 cm. Końcówka akcesorium powinna ledwo dotykać powierzchni wody.</li>
	<li>Zdejmij telemeter i zamontuj kolimator 60 mm na głowicy terapeutycznej.</li>
	<li>Ustaw punkt referencyjny LIC na głębokości 1,5 cm w pozycji pionowej, t.j. z osią wnęki cylindrycznej równolegle do kierunku wiązki. Wynika z tego odległość 80 cm między źródłem a detektorem. Użyj lasera, aby ustawić LIC w centrum wiązki w kierunku bocznym.</li>
	<li>Umieść wypełnioną powietrzem komorę jonizacyjną (AIC) o objętości 0,125 cm3 obok LIC, aby móc skorygować efekty tłumienia, odległości i rozproszenia.</li>
	<li>Podłącz LIC oraz zasilacz wysokiego napięcia do elektrometru i ustaw napięcie na 800 V. Podłącz AIC do innego elektrometru i ustaw napięcie na 400 V. Następnie odczekaj 1 hr w celu stabilizacji.</li>
	<li>Aby zapewnić dokładność bocznego pozycjonowania detektora, wykonaj pomiary profilu w obu kierunkach poprzecznych i w razie potrzeby skoryguj zero LIC.</li>
	<li>Upewnij się, że częstotliwość repetycji akceleratora jest stała (wartość nominalna = 150 Hz).</li>
</ol>
2. Pomiary
<ol>
	<li>Najpierw podaj dawkę przednapromieniowania wynoszącą 3 000 jednostek monitora (MU), aby ustabilizować odpowiedź LIC. Następnie wykonaj zerowanie elektrometrów.</li>
	<li>Aby ocenić prąd upływu i stabilność, przeprowadź serię pomiarów ładunku przy wyłączonej wiązce przez czas równy czasowi trwania pomiarów (7,5 s dla 100 MU). Porównaj uzyskaną średnią wartość z wartościami zmierzonymi przy włączonej wiązce. Typowy ładunek upływu mniejszy niż 0,03% najmniejszej wartości zmierzonej przy włączonej wiązce można uznać za pomijalny.</li>
	<li>Ustaw głowicę terapeutyczną w odległości 58,5 cm SSD: użyj kontrolera zdalnego w trybie kartezjańskim i wykonaj ruch o 20 cm w kierunku z-.</li>
	<li>Opuść pomieszczenie do naświetlań, zamknij drzwi i zaprogramuj napromieniowanie 100 MU na konsoli operatora. Następnie uruchom oba elektrometry, podaj dawkę i zanotuj ładunki zmierzone przez LIC oraz AIC <img alt="Równania równowagi statycznej: (Qd^LIC i Qd^AIC) dla analizy równowagi, diagram." fo:content-width="0.7in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 5">.</li>
	<li>Powtórz ten proces 10 razy, aby móc ocenić niepewności statystyczne.</li>
	<li>Po dziesięciu pomiarach wejdź do pomieszczenia i przesuń głowicę terapeutyczną do następnej pozycji (68,5 cm SSD). Następnie powtórz kroki 2.4 i 2.5.</li>
	<li>W miarę oddalania głowicy od zbiornika odległość między punktami pomiarowymi może zostać zwiększona, ponieważ ładunek zmienia się zgodnie z prawem odwrotnych kwadratów odległości. Tabela 1 przedstawia przykładową listę punktów pomiarowych wraz z odpowiadającą im dawką na impuls.</li>
</ol>
<img alt="Tabela SSD a dawka na impuls; analiza dawki radioterapii, odległości w cm, dawka w mGy/pulse." fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51296/51296table1.jpg" style="width: 600px;" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Tabela 1"> 
Tabela 1. Lista punktów pomiarowych dla metody dwóch mocy dawki (A i B) wraz z odpowiadającymi im dawkami na impuls.
3. Analiza
Do analizy danych można zastosować dwie metody.
Metoda A
<ol>
	<li>Dla każdej odległości d oblicz stosunek każdej zmierzonej wartości LIC do odpowiadającej jej wartości AIC uzyskanej w tej samej odległości, <img alt="Wzór Q&lt;sub&gt;d&lt;/sub&gt;&lt;sup&gt;LIC&lt;/sup&gt; / Q&lt;sub&gt;d&lt;/sub&gt;&lt;sup&gt;AIC&lt;/sup&gt;; metoda porównania statystycznego." fo:content-width="0.5in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq12.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 5">.</li>
	<li>Nanieś stosunki <img alt="Wzór Q&lt;sub&gt;d&lt;/sub&gt;&lt;sup&gt;LIC&lt;/sup&gt; / Q&lt;sub&gt;d&lt;/sub&gt;&lt;sup&gt;AIC&lt;/sup&gt;; metoda porównania statystycznego." fo:content-width="0.5in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq12.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 5"> w funkcji dawki na impuls i zastosuj dopasowanie liniowe, aby uzyskać ekstrapolowany stosunek dla dawki zero na impuls, R0.</li>
	<li>Przy założeniu, że wydajność zbierania wynosi 1 przy 0 mGy/pulse, znormalizuj wszystkie stosunki obliczone w kroku 3.A.1 do wartości ekstrapolowanej z poprzedniego kroku, aby uzyskać wartości f (t.j. przeskaluj każdy stosunek o czynnik taki, aby k R0 = 1).</li>
	<li>Nanieś wartości f w funkcji wartości dawki na impuls, aby przedstawić przebieg wydajności zbierania. Słupki błędów można obliczyć poprzez propagację niepewności ładunków LIC i AIC wyznaczonych z powtórzonych pomiarów dla każdej odległości.</li>
</ol>
Metoda B
<ol>
	<li>Oblicz stosunki <img alt="Równanie równowagi statycznej, Q&lt;sub&gt;LIC&lt;/sub&gt;200/Q&lt;sub&gt;LIC&lt;/sub&gt;60, wzór stosowany w analizie obciążenia." fo:content-width="0.5in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq6.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 6"> odczytów LIC przy 200 cm (198,5 cm SSD) i 60 cm (58,5 cm SSD) oraz odczytów AIC, <img alt="Równanie równowagi statycznej, Q&lt;sub&gt;LIC&lt;/sub&gt;200/Q&lt;sub&gt;LIC&lt;/sub&gt;60, wzór stosowany w analizie obciążenia." fo:content-width="0.5in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq6.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 6">.</li>
	<li>Rozwiąż numerycznie poniższe równanie dla u200. 
	<img alt="Równanie równowagi statycznej, wzór na stosunek logarytmiczny, schemat edukacyjny, analiza matematyczna." fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq7.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 7"></li>
	<li>Podstaw wartość u200 do następniego wzoru, aby otrzymać wydajność zbierania f w odległości 200 cm. 
	<img alt="Równanie funkcji logarytmicznej, \( f_{200} = \frac{1}{u_{200}} \ln(1 + u_{200}) \), zastosowanie edukacyjne." fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq8.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 8"></li>
	<li>Wydajność można obliczyć, korzystając ze stosunków dla odległości innych niż 60 cm, pod warunkiem, że stosunek ładunków jest większy niż 3. Procedura ta pozwala na przetestowanie niepewności obliczonych wartości u i f.</li>
	<li>Oblicz parametr u dla wszystkich punktów pomiarowych, korzystając z następnego wzoru (dobierając odległości tak, aby <img alt="Równanie równowagi statycznej Q^AIC_d1/Q^AIC_d2 ≥ 3 na schemacie badania." fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq10.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 10">) 
	<img alt="Równanie kinetyki chemicznej; analiza równowagi statycznej; badania stałych szybkości reakcji." fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq9.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 9"></li>
	<li>Oblicz wszystkie wydajności zbierania fd, ze wzoru 
	<img alt="Wzór matematyczny do obliczania wskaźnika popytu (f_d) w ekonomii; równanie przedstawione w tekście." fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq11.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 11"></li>
	<li>Przedstaw wartości f w funkcji wartości dawki na impuls, aby zobrazować zmianę wydajności zbierania. Słupki błędu można obliczyć poprzez propagację niepewności ładunków LIC i AIC ocenionych z powtórzonych pomiarów w każdej odległości.</li>
</ol>

<ol><li>Das, I. J., Din, G. X., Ahnesjö, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Small+fields%3A+non-equlibrium+radiation+dosimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Med.+Phys%22%5BJournal%5D)">Small fields: non-equlibrium radiation dosimetry.</a> Med. Phys. 35 (1), 206-215 (2008).</li>
<li>Wickmann, G., Nystrom, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+liquids+in+ionization+chambers+for+high+precision+radiotherapy+dosimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">The use of liquids in ionization chambers for high precision radiotherapy dosimetry.</a> Phys. Med. Biol. 37 (9), 1789-1812 (1992).</li>
<li>Chung, E., Soisson, E., Seuntjens, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dose+homogeneity+specification+for+reference+dosimetry+of+nonstandard+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Med.+Phys%22%5BJournal%5D)">Dose homogeneity specification for reference dosimetry of nonstandard fields.</a> Med. Phys. 39 (1), 407-414 (2011).</li>
<li>Francescon, P., Kilby, W., Satariano, N., Cora, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((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%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">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.</a> Phys. Med. Biol. 57 (12), 3741-3758 (2012).</li>
<li>Wagner, A., Crop, F., Lacornerie, T., Vandevelde, F., Reynaert, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+a+liquid+ionization+chamber+for+stereotactic+radiotherapy+dosimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Use of a liquid ionization chamber for stereotactic radiotherapy dosimetry.</a> Phys. Med. Biol. 58 (8), 2445-2459 (2013).</li>
<li>Johansson, B., Wickman, G., Bahar-Gogani, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((General+collection+efficiency+for+liquid+iso-octane+and+tetramethylsilane+in+pulsed+radiation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">General collection efficiency for liquid iso-octane and tetramethylsilane in pulsed radiation.</a> Phys. Med. Biol. 42 (10), 1929-1938 (1997).</li>
<li>Andersson, J., Tölli, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+the+two-dose-rate+method+for+general+recombination+correction+for+liquid+ionization+chambers+in+continuous+beams%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Application of the two-dose-rate method for general recombination correction for liquid ionization chambers in continuous beams.</a> Phys. Med. Biol. 56 (2), 299-314 (2010).</li>
<li>Sjgren, R., Wendelsten, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+two-dose-rate+method+for+general+recombination+correction+for+liquid+ionization+chambers+in+pulsed+beams%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">A two-dose-rate method for general recombination correction for liquid ionization chambers in pulsed beams.</a> Phys. Med. Biol. 55 (15), 4247-4260 (2010).</li>
<li>Boag, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ionization+measurements+at+very+high+intensities%3A+part+I.+Pulsed+radiation+beams%5BTitle%5D)+AND+%22Br.+J.+Radiol%22%5BJournal%5D)">Ionization measurements at very high intensities: part I. Pulsed radiation beams.</a> Br. J. Radiol. 23 (274), 601-611 (1950).</li>
<li>Boag, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+saturation+curve+for+ionization+measurements+in+pulsed+radiation+beams%5BTitle%5D)+AND+%22Br.+J.+Radiol%22%5BJournal%5D)">The saturation curve for ionization measurements in pulsed radiation beams.</a> Br. J. Radiol. 25 (300), 649-650 (1952).</li>
<li>Stewart, K. J., Elliott, A., Seuntjens, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+guarded+liquid+ionization+chamber+for+clinical+dosimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Development of a guarded liquid ionization chamber for clinical dosimetry.</a> Phys. Med. Biol. 52 (11), 3089-3104 (2007).</li>
<li>Yin, Z., Hugtenburg, R. P., Beddoe, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+corrections+for+solid-state+detectors+in+megavoltage+photon+dosimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Med.+Biol%22%5BJournal%5D)">Response corrections for solid-state detectors in megavoltage photon dosimetry.</a> Phys. Med. Biol. 49 (11), 3691-3702 (2004).</li>
<li>Griessbach, I., Lapp, M., Bohsung, J., Gademann, G., Harder, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dosimetric+characteristics+of+a+new+unshielded+silicon+diode+and+its+application+in+clinical+photon+and+electron+beams%5BTitle%5D)+AND+%22Med.+Phys%22%5BJournal%5D)">Dosimetric characteristics of a new unshielded silicon diode and its application in clinical photon and electron beams.</a> Med. Phys. 32, 3750-3754 (2005).</li>
<li>Accuray Inc., Physics Essentials Guide P/N 032515A-ENG. Accuray Inc. , (2010).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Przedstawione powyżej metody pozwalają na ocenę efektów rekombinacji w LIC w szerokim zakresie dawek (od 0,14 do 1,58 mGy/impuls). Metoda A jest prosta, ale wiąże się z większą niepewnością niż metoda B, która zapewnia dość dokładne (i bezwzględne) wartości skuteczności zbierania, f. Rekombinacja jest odpowiedzialna za około 2% utratę sygnału w całym badanym zakresie, ale zakres ten jest większy niż ten, który zwykle jest obejmowany podczas rutynowych pomiarów. Największy błąd współczynnika wyjściowego wynosi 0,35% i osiąga 1% dla procentowego pomiaru dawki głębokości, jak pokazano w sekcji wyników.
Kluczowym elementem dla przeprowadzenia protokołu jest wstępna konfiguracja eksperymentu, ponieważ wszystkie pomiary są wykonywane w stosunku do początkowej pozycji głowicy zabiegowej. Dlatego należy uważać na dokładny pomiar początkowego dysku SSD, aby móc odnieść odczyty detektora do każdej dawki na impuls. Dotyczy to również umieszczenia detektora w wodzie; Należy zwrócić uwagę, aby efektywny punkt pomiaru (w przypadku detektora microLion znajdujący się 1 mm za oknem wejściowym) znajdował się 1,5 cm pod powierzchnią. Opóźnienie 1 godziny i dawka przed napromieniowaniem są również niezbędne do ustabilizowania napięcia 800 V i temperatury.
Częstotliwość powtarzania linacu ma bezpośredni wpływ na dawkę na impuls. Przy 800 MU/min i częstotliwości 150 Hz dawka na impuls wynosi 0,89 mGy/impuls. Częstotliwość ta powinna być ustalona dla wszystkich pomiarów, aby upewnić się, że odległość jest jedynym zmiennym czynnikiem mającym wpływ na dawkę na impuls. Metoda może być stosowana w przypadku belki ciągłej z pewnymi adaptacjami7. W innych urządzeniach, w których nie można zmienić dysku SSD poprzez bezpośrednie przesunięcie głowicy zabiegowej, częstotliwość powtarzania może być modyfikowana w celu wprowadzenia zmiany dawki na impuls. Jeśli ten parametr również zostanie ustalony, dysk SSD może być nadal modyfikowany poprzez przesuwanie LIC i powierzchni wody w zbiorniku, ale dokładność tego podejścia byłaby prawdopodobnie niższa niż ruch głowicy zabiegowej zastosowany w niniejszym badaniu.
Kolejnym krokiem w charakterystyce LIC pod kątem jego zastosowania w dozymetrii małego pola jest zbadanie innych czynników, które indukują zakłócenia odpowiedzi, takich jak materiały detektora i efekt objętości (tj. fakt, że czuła objętość nie jest mała w porównaniu z wymiarami wiązki). Jest to możliwe dzięki zastosowaniu symulacji Monte Carlo5. Biorąc pod uwagę te aspekty, globalne współczynniki korekcyjne mogą być stosowane do odczytów LIC uzyskanych w rutynowych pomiarach klinicznych (czynniki wyjściowe, procentowe dawki głębokości, profile dawek) w celu całkowitego wyeliminowania zakłóceń.
Po pełnej charakterystyce i korekcie tych efektów perturbacyjnych, LIC może być używany jako dodatkowy detektor do dozymetrii małej wiązki, umożliwiając niezależną weryfikację profili, procentowych dawek głębokości i współczynników wyjściowych mierzonych przez inne detektory. Jego bardzo wysoka rozdzielczość przestrzenna w kierunku podłużnym nadawałaby się również do dozymetrii pól prostokątnych o tylko jednym małym wymiarze (np. Tomoterapia).

Dozymetria w radioterapii jest od wielu lat wykonywana przy użyciu gazowych komór jonizacyjnych. Detektory te sprawdzają się dobrze w przypadku „konwencjonalnej” radioterapii, t.j. gdy stosowane są duże, jednorodne (lub wolnozmienne) pola. Jednak wiele nowoczesnych urządzeń, takich jak system Cyberknife (Rysunek 1) badany w niniejszej pracy, oferuje możliwość stosowania bardzo małych pól (nawet do 5 mm). Inne urządzenia generują silnie modulowane profile wiązki, jak w przypadku radioterapii z modulacją intensywności (IMRT). Konwencjonalne detektory wypełnione powietrzem nie nadają się do tych technik1; aby osiągnąć akceptowalną rozdzielczość przestrzenną, objętość wnęki musiałaby zostać zredukowana do rozmiaru, przy którym odpowiedź komory stałaby się zbyt niska. Diody oferują zaletę mniejszych objętości czynnych i są szeroko stosowane w dozymetrii małych wiązek. Wykazują one jednak inne ograniczenia, takie jak efekty rozpraszania wynikające z ich metalowego ekranowania12,13.
W komorze jonizacyjnej z cieczą2 (LIC) gęstość jonizacji jest znacznie wyższa, co umożliwia zmniejszenie objętości czynnej bez pogorszenia odpowiedzi detektora. Ponadto ośrodek czynny ma gęstość zbliżoną do gęstości wody, co redukuje zaburzenia strumienia związane z obecnością pustki powietrznej. Te aspekty sprawiają, że LIC jest interesującym kandydatem do dosymetrii wąskich wiązek3-5.
Niemniej jednak istnieje kilka kwestii, które należy rozwiązać przed możliwością wykonywania rutynowych pomiarów dozymetrycznych za pomocą LIC. Po pierwsze, ze względu na wyższą gęstość jonizacji, efekty rekombinacji są istotniejsze niż w komorach wypełnionych powietrzem6-8. Rekombinacja może być początkowa (elektron rekombinuje z jonem macierzystym) lub ogólna (rekombinują dwa jony pochodzące z różnych zdarzeń jonizacyjnych). Ta druga zależy od mocy dawki padającej na detektor; oznacza to, że pomiary dawki względnej (t.j. profile dawki, procentowe dawki w głębokości, współczynniki wyjściowe) mogą potencjalnie wykazywać odchylenia ze względu na zmianę mocy dawki. Rekombinację charakteryzuje ogólna sprawność zbierania, zdefiniowana jako stosunek ładunku zmierzonego do ładunku wytworzonego przez padające promieniowanie i unikającego rekombinacji początkowej: f = QC/Q0. W detektorach gazowych efekty rekombinacji ocenia się przy użyciu metody dwóch napięć wynikającej z teorii Boaga9,10, której nie można zastosować w LIC11.
Alternatywą może być zastosowanie metody dwóch mocy dawki8, polegającej na zmianie mocy dawki w celu wyizolowania wpływu rekombinacji ogólnej i zmierzenia ogólnej wydajności zbierania za pomocą zależności 
<img alt="Równanie równowagi statycznej, \( f = \frac{1}{u} \ln(1+u) \), stosowane w analizie fizyki matematycznej." fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 1">
gdzie u jest zdefiniowane jako 
<img alt="Równanie przedstawiające zależności zmiennych; wzór do analizy parametrów pola elektrycznego." fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 2">
gdzie α jest współczynnikiem rekombinacji, Q0 ilością ładunku, który uniknął rekombinacji początkowej, h odległością między elektrodami, e ładunkiem elementarnym, V objętością czynną komory, k1 i k2 ruchliwościami ładunków dodatnich i ujemnych, a U przyłożonym napięciem. Poprzez pomiary przy różnych dawkach na impuls możliwe jest wyznaczenie parametru u, a tym samym sprawności zbierania ładunku, f. Dawka na impuls jest określona zależnością 
<img alt="Równanie dawki na impuls służące do obliczenia mocy dawki w funkcji częstotliwości powtarzania impulsów; wzór matematyczny." fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 3">
Wszystkie pomiary są wykonywane w warunkach referencyjnych systemu Cyberknife (odległość źródło-powierzchnia SSD = 78.5 cm, głębokość 1.5 cm, kolimator 60 mm). Zastosowanie dużego kolimatora pozwala uniknąć efektów objętościowych związanych z wąskimi wiązkami. Przy mocy dawki wynoszącej 800 MU/min i częstotliwości repetycji 150 Hz, daje to dawkę 0.89 mGy/impuls (w warunkach referencyjnych 1 MU odpowiada dawce 1 cGy). Gdy częstotliwość repetycji impulsów jest stała, dawka na impuls zależy wyłącznie od mocy dawki w Gy/min, która jest powiązana z SSD zgodnie z prawem odwrotnych kwadratów odległości: 
<img alt="Równanie mocy dawki promieniowania, formuła porównująca moc dawki w różnych odległościach, wiążąca d1 i d2." fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51296/51296eq4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 4"> 
dla dwóch wartości SSD d1 oraz d2.

<table><tbody><tr><td>Komora MicroLion</td><td>PTW</td><td>31018</td><td>http://www.ptw.de/2263.html</td></tr><tr><td>Unidos Webline dozymetr</td><td>PTW</td><td></td><td>http://www.ptw.de/unidos_webline_dosemeter_rt0.html</td></tr><tr><td>zasilanie WN</td> System skanowania wody <td>PTW</td><td></td><td>http://www.ptw.de/2265.html</td></tr><tr><td>MP3</td><td>PTW</td><td></td><td>http://www.ptw.de/2032.html</td></tr><tr><td>0,125 cm3 Komora SemiFlex</td><td>PTW</td><td>31010</td><td>http://www.ptw.de/semiflex_chambers0.html?&cId=6069</td></tr><tr><td>Cyberknife</td><td>Accuray</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

charakterystyka efektów rekombinacji w ciekłej komorze jonizacyjnej wykorzystywanej do dozymetrii akceleratora radiochirurgicznego

Characterization of Recombination Effects in a Liquid Ionization Chamber Used for the Dosimetry of a Radiosurgical Accelerator

Większość nowoczesnych urządzeń do radioterapii pozwala na użycie bardzo małych pól, czy to za pomocą wiązek w radioterapii z modulacją intensywności (IMRT), czy przez radioterapię stereotaktyczną, gdzie dokładność pozycjonowania pozwala na dostarczanie bardzo wysokich dawek na frakcję w małej objętości pacjenta. Pomiary dozymetryczne na akceleratorach medycznych są tradycyjnie realizowane przy użyciu komór jonizacyjnych wypełnionych powietrzem. Jednak w małych wiązkach podlegają one niebagatelnym efektom perturbacji. Niniejsze badanie koncentruje się na komorach z jonizacją cieczy, które oferują korzyści pod względem rozdzielczości przestrzennej i niskich zakłóceń płynności. Efekty rekombinacji jonów są badane dla detektora microLion (PTW) używanego z systemem Cyberknife (Accuray). Metoda polega na wykonaniu serii pomiarów zbiornika wody w różnych odległościach od źródła do powierzchni i zastosowaniu poprawek do odczytów detektora cieczy w oparciu o jednoczesne pomiary detektora gazowego. Takie podejście ułatwia wyizolowanie efektów rekombinacji wynikających z dużej gęstości ośrodka wrażliwego na ciecz i uzyskanie współczynników korekcyjnych do zastosowania do odczytów detektora. Główna trudność polega na osiągnięciu wystarczającego poziomu dokładności w konfiguracji, aby móc wykryć niewielkie zmiany w reakcji komory.

Na Rysunku 3 wydajność zbierania f uzyskana metodą A jest przedstawiona w funkcji dawki na impuls, która mieści się w zakresie od 0 do 1,6 mGy/pulse, gdzie widoczny jest 2% spadek sygnału. Punkty wykazują liniową zależność. Słupki błędów wskazują na istotne niepewności, które wydają się być nieodłącznie związane z tą metodą i mogą zostać znacznie zredukowane poprzez zastosowanie metody B. Warto również zauważyć, że w tej metodzie przyjmuje się, iż odpowiedź AIC nie podlega efektom rekombinacji, co niekoniecznie jest w pełni prawdziwe. Aby to zweryfikować, można po prostu przeprowadzić analogiczne pomiary, używając samego AIC w nakładce budującej (bez zbiornika z wodą) i skorygować wynik o prawo odwrotnych kwadratów odległości; można zaobserwować niewielkie odchylenia i uwzględnić je w wartościach niepewności.
Rycina 4 przedstawia wydajność zbierania obliczoną drugą metodą (B). Okazuje się ona bardziej precyzyjna i ma tę zaletę, że dostarcza bezwzględne wartości f. Odchylenia od zachowania liniowego są niewielkie, a utrata sygnału jest nieco mniejsza niż w przypadku metody A.
Jako bezpośrednie zastosowanie metody B, można obliczyć współczynniki korygujące ogólną rekombinację dla danej dawki na impuls, przyjmując po prostu odwrotność wydajności zbierania, f. Następnie współczynniki te można zastosować do pomiarów względnej dawki w zależności od głębokości. Rysunek 5 przedstawia względną dawkę w zależności od głębokości zmierzoną za pomocą diody (niepodlegającej efektom rekombinacji) oraz za pomocą LIC przed i po korekcie rekombinacji. Po normalizacji krzywych na głębokości 240 mm (gdzie efekty rekombinacji zanikają) pokrywają się one, co oznacza, że korekty kompensują efekty rekombinacji w obszarze narastania (gdzie dawka na impuls, a tym samym współczynniki korekcyjne, są najwyższe). Sugeruje to, że obliczone współczynniki korekcyjne są dokładne i mogą służyć jako walidacja metody dwóch mocy dawek.
<img alt="Układ do chirurgii robotycznej w sali medycznej, zaawansowany sprzęt chirurgiczny, technologia precyzyjnych operacji." src="/files/ftp_upload/51296/51296fig1highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1. System Cyberknife. Widok systemu Cyberknife wykorzystanego do pomiarów, z głowicą akceleratora skierowaną w dół. Zbiornik z wodą może zostać umieszczony na podłodze lub na robotycznym stole zabiegowym widocznym z tyłu sali, w zależności od dostępnej przestrzeni nad głowicą.
<img alt="schemat odbicia wiązki sonaru, eksperyment w zbiorniku z wodą, interferencja akustyczna, detekcja celu" src="/files/ftp_upload/51296/51296fig2highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2. Układ eksperymentalny. Przedstawiono tutaj układ z AIC i LIC umieszczonymi obok siebie w zbiorniku z wodą (głębokość 1,5 cm), w centrum wiązki skierowanej w dół. Strzałki wskazują ruch głowicy akceleratora pomiędzy każdą serią pomiarów, rozpoczynając od odległości 60 cm (SSD 58,5 cm) i kończąc na 200 cm (SSD 198,5 cm).
<img alt="Krzywa dawka-odpowiedź, analiza danych, wykres przedstawiający dawkę na impuls w funkcji f z linią trendu liniowego." src="/files/ftp_upload/51296/51296fig3highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3. Ogólna wydajność zbierania, metoda A. Wykres ewolucji ogólnej wydajności zbierania, f, w zależności od dawki na impuls (w mGy/pulse) uzyskanej metodą A.
<img alt="Wykres zależności dawka-odpowiedź, trend liniowy, słupki błędów; analiza ekspozycji radiologicznej, wizualizacja danych." src="/files/ftp_upload/51296/51296fig4highres.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4. Ogólna wydajność zbierania, metoda B. Ogólna wydajność zbierania w funkcji dawki na impuls, na podstawie wyników uzyskanych metodą B.
<img alt="Wykres PDD w funkcji głębokości z danymi dla diody, microLion oraz microLion po korekcie; wykres analizy dawki onkologicznej." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51296/51296fig5highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5. Zastosowanie w pomiarach względnej dawki w głębokości. Względna dawka w głębokości uzyskana z pomiarów diodą została przedstawiona kolorem niebieskim. Wyniki pomiarów LIC reprezentują krzywe czerwona (nieskorygowana) i żółta (skorygowana). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51296/51296fig5highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>

Rosnąca liczba urządzeń do radioterapii oferuje tę zaletę, że dostarcza dawkę przez bardzo małe wiązki do guza, co pozwala na większą zgodność i wyższe dawki na frakcję. Do dozymetrii tych małych pól można użyć wielu różnych detektorów. W niniejszym badaniu badany jest wpływ rekombinacji jonów w komorze jonizacyjnej z cieczą przy użyciu systemu radioterapii stereotaktycznej.

Charakterystyka efektów rekombinacji w ciekłej komorze jonizacyjnej wykorzystywanej do dozymetrii akceleratora radiochirurgicznego

Most modern radiation therapy devices allow the use of very small fields, either through beamlets in Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or via ...

Ogólnym celem następnego eksperymentu jest charakterystyka efektów rekombinacji jonów w detektorze jonizacji cieczowej stosowanym do dozymetrii w systemie stereotaktycznej radioterapii. Zostanie to osiągnięte poprzez zastosowanie metody dwóch mocy dawek, która polega na przeprowadzeniu serii pomiarów w zbiorniku z wodą przy zwiększaniu odległości od źródła do powierzchni, aby stopniowo zmniejszać dawkę na impuls, co w drugim kroku zwiększa wydajność zbierania w objętości czynnej detektora. Pomiary przy różnych dawkach na impuls są porównywane i wykorzystywane do wyznaczenia wartości ogólnej wydajności zbierania jako funkcji dawki na impuls.Następnie, na podstawie tych wydajności zbierania, oblicza się współczynniki korekcyjne, które są stosowane do pomiarów w komorze jonizacyjnej z cieczą w celu skorygowania efektu rekombinacji. Wyniki wskazują, że rekombinacja jonów ma niepomijalny wpływ na pomiary symetryczne przy szerokim zakresie dawki na impuls. Wielkość oraz równoważność tkankowa czynnej objętości detektora są dwoma istotnymi parametrami podczas pomiarów w małym polu, co sprawia, że charakterystyka tego detektora jest interesująca, ponieważ posiada on bardzo małą objętość czułą wypełnioną medium ciekłym.Zaletą tej techniki jest precyzyjne pozycjonowanie głowicy terapeutycznej poruszającej się wzdłuż osi pionowej, co pozwala na badanie rekombinacji bez konieczności zmiany całej konfiguracji, jak ma to miejsce w przypadku konwencjonalnych LINAC-ów. Aby rozpocząć, należy umieścić zbiornik z wodą pod głowicą terapeutyczną tak nisko, jak to możliwe, a następnie napełnić zbiornik wodą. Następnie należy wyrównać zbiornik z wodą z LINAC-iem w taki sposób, aby jego boki pionowe były równoległe do boków pionowych głowicy, i użyć lasera, aby upewnić się, że znajduje się on w prawidłowej orientacji.Następnie zweryfikuj orientację pionową akceleratora liniowego (LINAC), wykonując pomiary profilu X i Y na dwóch różnych głębokościach. Oblicz odchylenie wiązki i skoryguj je za pomocą osi obrotu głowicy. Następnie zastąp kolimator akcesorium TER i precyzyjnie ustaw głowicę na SSD wynoszącym 78,5 cm, tak aby końcówka akcesorium ledwo dotykała powierzchni wody.Następnie należy zdjąć TER i zamontować kolimator 60 mm na głowicy terapeutycznej. Kolejny krok to ustawienie komory jonizacyjnej cieczowej (LIC) w pozycji pionowej, tak aby oś wnęki cylindrycznej była równoległa do kierunku wiązki. Użyj lasera, aby ustawić LIC w centrum wiązki w kierunku poprzecznym.Następnie umieść komorę jonizacyjną wypełnioną powietrzem o objętości 0,125 cm³ lub IC obok LIC, aby móc skorygować efekty rozproszenia oraz odległości tłumienia. Umieść komorę 1,5 cm poniżej poziomu wody. Podłącz LIC oraz zasilacz wysokiego napięcia do elektrometru i ustaw napięcie na 800 V.Podłącz IC A do innego elektrometru i ustaw napięcie na 400 V. Następnie odczekaj godzinę aż system się ustabilizuje. Wykonaj pomiary profilu w obu kierunkach poprzecznych i skoryguj zero LIC, aby zapewnić dokładność bocznego pozycjonowania detektora.W pierwszej kolejności podaj dawkę przednapromieniową wynoszącą 3000 jednostek monitora (MU), aby ustabilizować odpowiedź LIC. Następnie wyzeruj TERy. Kolejno wykonaj serię pomiarów ładunku przy wyłączonej wiązce w celu oceny prądu upływu i stabilności.Następnie ustaw kontroler zdalny w trybie kartezjańskim i wykonaj ruch o 20 centymetrów w kierunku Z, aby umieścić głowicę terapeutyczną na wysokości 58,5 centymetrów SSD. Następnie wyjdź z pomieszczenia terapeutycznego, zamknij drzwi, a następnie zaprogramuj na konsoli operatora dawkę promieniowania 100 mu. Uruchom oba TER, dostarcz dawkę i odczytaj ładunki zmierzone przez LIC oraz AIC. Powtórz ten proces 10 razy, aby ocenić niepewności statystyczne.Po wykonaniu 10 pomiarów przesuń głowicę terapeutyczną do odległości 68,5 centimeters.SSD. Następnie powtórz naświetlanie po odsunięciu głowicy od zbiornika. Odległość między punktami pomiarowymi może być zwiększana w miarę zmiany ładunku, zgodnie z prawem odwrotnych kwadratów odległości dla każdego dystansu.D, oblicz stosunek każdej zmierzonej wartości LIC do odpowiadającej jej wartości IC uzyskanej w tej samej odległości. Następnie nanieś te stosunki na wykres w zależności od dawki na impuls i zastosuj dopasowanie liniowe, aby wyznaczyć ekstrapolowany stosunek przy dawce zero na impuls. R zero, przyjmując, że wydajność zbierania wynosi jeden przy 0 mg na impuls, znormalizuj wszystkie obliczone stosunki do wartości ekstrapolowanej w celu uzyskania wartości F. Następnie nanieś wartości F na wykres w zależności od wartości dawki na impuls, aby przedstawić zmianę wydajności zbierania.Słupki błędów można obliczyć poprzez propagację niepewności ładunków LIC i A IC wyznaczonych z powtórzonych pomiarów dla każdej odległości. Wydajność zbierania można również uzyskać metodą B, obliczoną z następnego wzoru, w którym parametry są wyznaczane z stosunków ładunków przy różnych wartościach SSD. Wykres wydajności zbierania F uzyskanej metodą A w funkcji dawki na impuls wykazuje spadek sygnału o 2%.Słupki błędów wskazują istotne niepewności właściwe dla metody A, które można znacznie zredukować stosując metodę B. Ogólna wydajność detekcji naniesiona na dawkę na impuls obliczoną metodą B okazuje się bardziej precyzyjna i dostarcza bezwzględnych wartości F w porównaniu do obliczeń wykonanych metodą A. Odchylenia są niewielkie, a strata sygnału jest mniejsza niż w przypadku metody A. Na rysunku przedstawiono względną dawkę wgłębną uzyskaną przed i po korekcie rekombinacyjnej. Po normalizacji krzywych na głębokości 240 mm, w miejscu, gdzie efekty rekombinacji zanikają, krzywe pokrywają się. Korekty kompensują efekty rekombinacji w obszarze narastania, gdzie współczynniki korekcyjne są najwyższe, co potwierdza dokładność obliczonych współczynników korekcyjnych oraz waliduje metodę dwóch mocy dawki zastosowaną w tej procedurze.Inne metody, takie jak modelowanie Monte Carlo, mogą zostać wykorzystane do pełnej charakterystyki komory jonizacyjnej z cieczą oraz do zbadania innych czynników, takich jak materiały detektora czy efekty związane z objętością czynną.

characterization-recombination-effects-liquid-ionization-chamber-used

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Charakterystyka efektów rekombinacji w cieczy w komorze jonizacyjnej stosowanej do dozymetrii radiochirurgicznego akceleratora

Przedstawiono protokół oceny zmian w poziomach uszkodzeń DNA i zdolności do naprawy DNA, które mogą być wywołane przez przewlekłe napromienianie in vivo niskimi dawkami limfocytów śledziony myszy, poprzez pomiar fosforylowanego histonu H2AX, markera pęknięć dwuniciowych DNA, za pomocą cytometrii przepływowej.

Pomiar uszkodzeń i naprawy DNA w splenocytach myszy po przewlekłej ekspozycji in vivo na bardzo niskie dawki promieniowania beta i gamma

Prezentujemy metodę rozproszonej spektroskopii optycznej (DOS), która dostarcza ilościowych biomarkerów optycznych reakcji skóry na promieniowanie. Opisujemy projekt oprzyrządowania DOS, algorytmy ekstrakcji parametrów optycznych i procedury postępowania ze zwierzętami wymagane do uzyskania reprezentatywnych danych z przedklinicznego mysiego modelu rumienia wywołanego promieniowaniem.

Dyfuzyjna spektroskopia optyczna do ilościowej oceny ostrej toksyczności skórnej wywołanej promieniowaniem jonizującym przy użyciu modelu mysiego

Dla małych gatunków chiralnych, Coulomb Explosion Imaging dostarcza nowego podejścia do określania ręczności pojedynczych molekuł.

Obrazowanie eksplozji kulombowskiej jako narzędzie do rozróżniania stereoizomerów

Test cytogenetycznego chromosomu dicentrycznego (DC) określa ilościowo narażenie na promieniowanie jonizujące. Oprogramowanie Automated Dicentric Chromosome Identifier and Dose Estimator dokładnie i szybko szacuje dawkę biologiczną z DC w komórkach metafazy. Odróżnia monocentryczne chromosomy i inne obiekty od DC i szacuje dawkę promieniowania biologicznego na podstawie częstotliwości DC.

Przyspieszona biodozymetria promieniowania dzięki automatycznej identyfikacji chromosomów dicentrycznych (ADCI) i oszacowaniu dawki

Przedstawiono podstawy planowania i dostarczania radioterapii protonowej na przykładzie raka prostaty. Zastosowanie tych zasad do innych wybranych miejsc chorobowych pokazuje, w jaki sposób radioterapia protonowa może poprawić wyniki kliniczne u pacjentów z rakiem.

Terapia protonowa i jej zastosowanie kliniczne w wybranych nowotworach złośliwych guzów litych

Przedstawiamy protokół generowania izotopowo oczyszczonej niskoenergetycznej wiązki jonów 229Th ze źródła 233U. Ta wiązka jonów jest używana do bezpośredniego wykrywania rozpadu w stanie podstawowym 229mTh za pośrednictwem kanału rozpadu konwersji wewnętrznej. Mierzymy również wewnętrzny okres konwersji wynoszący 229 mTh.

Przygotowanie izotopowo czystej wiązki jonów 229Th do badań 229 mth

Kliniczne akceleratory liniowe mogą być używane do określania efektów biologicznych szerokiego zakresu dawek na komórki rakowe. Omówiliśmy, jak skonfigurować akcelerator liniowy do testów komórkowych i testów dla nowotworowych komórek macierzystych hodowanych jako guzy w zawiesinie i linii komórkowych hodowanych jako kultury adherentne.

Wykorzystanie akceleratora liniowego do przeprowadzania eksperymentów radiobiologicznych in vitro

Ten dokument opisuje nowy protokół dozymetryczny dla napromieniania komórek za pomocą niskoenergetycznego sprzętu rentgenowskiego. Pomiary wykonywane są w warunkach w miarę możliwości symulujących rzeczywiste warunki napromieniowania komórek.

Dozymetria do napromieniania komórek przy użyciu aparatury rentgenowskiej o ortonapięciu (40-300 kV)

Dozymetria promieniowania dostarcza techniki zwiększającej dokładność eksperymentów przedklinicznych i zapewniającej, że dostarczane dawki promieniowania są ściśle związane z parametrami klinicznymi. Protokół ten opisuje kroki, które należy podjąć w każdej fazie podczas przedklinicznych eksperymentów radiacyjnych, aby zapewnić prawidłowy projekt eksperymentu.

Uruchomienie promiennika i dozymetria do oceny parametrów α i β LQ, schematu dawkowania promieniowania oraz depozycji dawki in vivo

Opisano zastosowanie obrazowania kontrastowego z kanałem elektronowym w skaningowym mikroskopie elektronowym do charakteryzowania defektów w cienkich warstwach heteroekspeksjalnych III-V/Si. Metoda ta daje podobne wyniki do transmisyjnej mikroskopii elektronowej w widoku planowym, ale w znacznie krótszym czasie ze względu na brak wymaganego przygotowania próbki.

Obrazowanie kontrastowe z kanałem elektronowym do szybkiej charakterystyki heteroepitaksjalnej III-V

Poznaj efekty rekombinacji jonów w ciekłej komorze jonizacyjnej stosowanej w dozymetrii radioterapii stereotaktycznej. Metoda dwóch dawek na impuls poprawia dokładność pomiarów w małych polach wiązki.

Charakterystyka efektów rekombinacji w ciekłej komorze jonizacyjnej wykorzystywanej do dozymetrii akceleratora radiochirurgicznego (Wideo) | JoVE Journal

Charakterystyka efektów rekombinacji w ciekłej komorze jonizacyjnej wykorzystywanej do dozymetrii akceleratora radiochirurgicznego

Przeglądaj więcej filmów