Sıvı İyonizasyon Odası Rekombinasyon Etkileri Karakterizasyonu bir Radyocerrahi Accelerator Dozimetri için kullanılır

Özet

Radyasyon tedavisi cihazların giderek artan sayısı arttı uygunluk ve ürünü kesimi başına daha yüksek dozlarda sağlayan, tümöre çok küçük bir kiriş vasıtasıyla dozu sunma avantajını sunmaktadır. Birçok farklı detektörleri bu küçük alanların doz ölçümü için kullanılabilir. Bu çalışmada, iyon rekombinasyon etkisi, stereotaktik radyoterapi sistemi kullanılarak bir sıvı iyonlaşma odası için incelenmiştir.

Özet

En modern radyoterapi cihazları ya Yoğunluk ayarlı radyoterapi (IMRT) in beamlets aracılığıyla veya konumlandırma hassasiyeti hastanın küçük bir hacim içinde fraksiyon başına çok yüksek dozlarda teslim sağlar stereotaktik radyoterapi yoluyla, çok küçük alanların kullanımına izin. Tıbbi hızlandırıcı dozimetrik ölçümler geleneksel hava dolu iyonizasyon odaları kullanılarak yapılmaktadır. Ancak, küçük kirişlerde bu nonnegligible tedirginlik etkilere tabidir. Bu çalışma, uzaysal çözünürlüğü ve düşük fluence pertürbasyonun açısından avantajlar sunar sıvı iyonizasyon odaları, odaklanır. Ion rekombinasyon etkileri Cyberknife sisteminin (Accuray) ile birlikte kullanılan microLion detektörü (PTW) için incelenmiştir. Yöntem, farklı kaynak yüzeyi mesafelerde su deposu ölçümleri bir dizi performans ve aynı anda gaz detektörü ölçümlerine dayanarak sıvı detektör okumalarına düzeltmelerin uygulanması oluşur. Bu yaklaşım facilitasıvı hassas ortamının yüksek yoğunluklu kaynaklanan ve dedektör okumaları uygulamak için düzeltme faktörleri elde rekombinasyon etkilerini izole tes. Ana zorluk odası yanıt küçük değişiklikleri tespit edebilmek için kurulum doğruluk yeterli düzeyde elde bulunur.

Giriş

Radyasyon tedavisi dozimetri yıllardır gaz iyonlaşma odası kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu dedektörler kadar "geleneksel" radyasyon tedavisi ile ilgili olarak da, yani büyük homojen (veya yavaş değişen) alanları kullanılır gerçekleştirin. Ancak bu Cyberknife gibi birçok yeni cihazlar, (Şekil 1), bu çalışmadaki sistemi, (5 mm aşağı) çok küçük alanları kullanma imkanı sunuyoruz. Diğer cihazlar gibi-Modülasyonlu Şiddeti Radyasyon Tedavisi (IMRT) gibi yüksek modüle kiriş profilleri üretmek. Geleneksel hava dolu detektörler bu teknikler ¹ için çok uygun değildir; boşluğunun hacmi bölmesi tepkisi çok düşük olacak bir boyuta indirgenmiş olurdu kabul edilebilir bir uzamsal çözünürlük ulaşmak için. Diyotlar küçük duyarlı hacimleri avantajı sunuyoruz ve geniş küçük kiriş dozimetride kullanılmaktadır. Bu, bu gibi etkileri saçılma gibi diğer sınırlamalar mevcut Ancakmetalik kaynaklanan ^12,13 koruyucu.

Bir sıvı iyonlaşma odası ² (LIC) 'de, iyonizasyon yoğunluğu çok daha yüksektir ve bu nedenle hassas hacminin azaltılması detektör yanıtı ödün vermeden mümkündür. Ayrıca duyarlı ortam, bir hava boşluğu ile bağlantılıdır akıcılık bozulmaları azaltma, suyunkine yakın bir yoğunluğa sahiptir. Bu açıdan LIC küçük ışın dozimetre ^3-5 için ilginç bir aday olun.

Lics ile rutin dozimetrik ölçümleri gerçekleştirmek için güçlü olmak önce adresine bazı sorunlar yine de vardır. İlk olarak, daha yüksek bir iyonizasyon sebebiyle yoğunluğuna rekombinasyon etkileri hava dolu oda ^6-8 göre daha önemlidir. Rekombinasyon (farklı iyonizasyon olayları gelen iki iyonlar recombine) başlangıç ​​(bir elektron onun annesi iyonu ile birleşir) veya genel olabilir ya. İkincisi dedektör üzerinde doz hızı olaydan bağlıdır; tgöreceli doz ölçümleri (yani doz profilleri, yüzde derin doz, çıkış faktörler) potansiyel nedeniyle doz oranı değişikliği sapmaları tabi ki onun anlamına gelir. Rekombinasyon, genel toplama verimliliği ile karakterize gelen radyasyonun tarafından üretilen şarj ölçülen şarj oranı olarak tanımlanan ve ilk rekombinasyon kaçan: f = Q, _C / Q _0. Gaz halindeki bir dedektör de yeniden birleştirme etkisi Lics ¹¹ uygulanamamaktadır Boag ^9,10 teorisinin gelen iki gerilim yöntemi ile değerlendirilir.

Alternatif bir genel rekombinasyon etkisi izole etmek ve ilişki ile genel toplama verimliliğini ölçmek için doz oranını değiştirme oluşan iki doz oranı yöntemi ⁸ kullanımına bulunabilir

u def neredeolarak ined

α temel farkı e, ilk rekombinasyon, h elektrot ayırma kaçar şarj miktarı rekombinasyon katsayısı, Q ₀ olmak üzere, V bölmenin duyarlı ses, k, ₁ ve k _2, pozitif ve negatif yüklerin mobiliteleri, ve U uygulanan voltaj. Puls göre farklı dozlarda ölçülmesiyle bu parametre u ve böylece toplama verimi, f elde etmek mümkündür. Darbe başına doz ilişki ile verilir

Tüm ölçümler Cyberknife referans koşullarında yapılmaktadır (Kaynak-Yüzey mesafe SSD = 78,5 cm, 1,5 cm derinlik, 60 mm kolimatör). Büyük bir kolimatör Allo kullanımıws küçük kirişler ile ilişkili ses etkileri ortadan kalkar. Doz oranı göz önüne alındığında 800 MU / dakika ve tekrarlama frekansı 150 Hz olan bu 0.89 mGy / darbesi (referans koşullarında, 1 MU 1 cGy bir doza karşılık gelir) bir doz ile sonuçlanır. , Atım tekrarlanma frekansı sabit tutulduğu zaman, puls başına doz sadece ters-kare uzaklık hakları ile SSD ile ilgilidir Gy / dak olarak doz oranı da bağlıdır:

İki SSD'ler d ₁ ve d ₂ için.

Protokol

1.. Deney Düzeneği (Şekil 2)

(Önceki detektör sıcaklığı ve yüksek voltaj kaynağı stabilize etmek için ilk ölçümlerine 1 saat uygulanabilir.)

1. SSD 200 cm kadar artmış olması aklınızda tutarak, tedavi başlık altında su tankını yerleştirin. Böylece tank tavan yüksekliğine bağlı olarak, elde edilebilecek kadar düşük konumlandırılmalıdır.
2. Linak (dikey taraf başın dik kenarlarına paralel olmalıdır) ile su tankını hizalayın. Lazer yön doğru olduğundan emin olmak için kullanılabilir; bu işlem sisteminin Fizik kılavuzu ¹⁴ detaylı olarak tarif edilir.
3. , Iki farklı derinliklerde x ve y profil ölçümleri yapan ışın sapma bilgisayar ve (Fizik kılavuzuna bakın) baş dönme eksenleri kullanılarak düzelterek linak dikey yönünü doğrulayın.
4. Telemetre aksesuarı ile kolimatörü değiştirin ve alışverişi on-line için kullanabilirsinizrilmesi 78.5 cm SSD baş pozisyonu. Aksesuarın ucu zorlukla su yüzeyine temas etmelidir.
5. Telemetre çıkarın ve tedavi kafasına 60 mm kolimatörü yerleştirin.
6. Işın yönüne paralel silindirik oyuk ekseni ile dik bir konumda 1.5 cm derinlikte, yani en LIC referans noktasını. Bu, kaynak ve detektör arasındaki 80 cm bir mesafe ile sonuçlanmaktadır. Yanal doğrultuda kirişin merkezinde LIC konumlandırmak için lazer kullanarak.
7. Zayıflama, mesafe ve dağılım etkileri düzeltmek mümkün yanındaki LIC için 0.125 cm ³ hava dolu iyonlaşma odasını (AIC) yerleştirin.
8. LIC ve elektrometreye yüksek gerilim kaynağını bağlayın ve başka elektrometreye 800 V. Bağlan AIC için gerilimini ayarlamak ve 400 V. gerilimini ayarlayabilirsiniz Sonra stabilizasyon amaçlı 1 saat bekleyin.
9. Dedektör yanal konumlandırma doğruluğunu sağlamak için, profil ölçümlerini yapmakenine yol tarifi ve gerekirse LIC sıfır düzeltmek hem de.
10. Linak tekrarı oranı (nominal değer = 150 Hz) sabit olduğundan emin olun.

2. Ölçümler

1. İlk olarak, LIC yanıt stabilize etmek amacıyla 3,000 monitör birim (MU) bir ön ışınlama dozu sağlar. Daha sonra elektrometremizin sıfır gerçekleştirin.
2. Değerlendirmek için kaçak akım ve istikrar, ölçümler (100 MU için 7.5 saniye) eşit bir süre için ışın kapalıyken şarj satın almalar bir dizi yapmak. Üzerinde ışınıyla ölçülen değerlere elde edilen ortalama değeri karşılaştırın. Kiriş üzerinde ölçülen en küçük değerin% 0.03 'den daha az tipik bir sızıntı şarj önemsiz kabul edilebilir.
3. 58.5 cm SSD tedavi baş yerleştirin: Kartezyen modunda uzaktan kumandanın kullanılması ve sadece z-yönünde bir 20 cm bir hareket yapar.
4. , Tedavi odadan kapıyı kapatın ve 100 MU bir ışınlama programlamakoperatör konsolu. Sonra, her iki elektrometreleri başlangıç ​​doz teslim ve LIC ve AIC ile ölçülen ücretleri dikkat .
5. Istatistiksel belirsizlikleri değerlendirmek mümkün işlemi 10 kez tekrarlayın.
6. On ölçümleri alındıktan sonra odaya girin ve bir sonraki pozisyona (68.5 cm SSD) için tedavi kafasını hareket ettirin. Sonra tekrar 2.4 ve 2.5 adımları.
7. Kafa daha uzakta tankından taşındığında şarj ters-kare uzaklık yasayla değişir ölçüm noktası arasındaki mesafe artırılabilir. Tablo 1 puls başına karşılık gelen bir doz ile birlikte, ölçüm noktaları bir listesini bir örneğini sağlar.

Tablo 1. Iki doz için ölçüm noktaları listesidarbe başına karşılık gelen doz oranı yöntemi (A ve B).

3. Analizi

Iki yöntem verileri analiz etmek için kullanılabilir.

Yöntem A

1. Her mesafesi d için, aynı mesafede elde edilen karşılık gelen AIC değeri olan her bir ölçüm LIC değerin oranını almak .
2. Konu oranları darbe başına dozuna karşı ve nabız başına sıfır doz, R, _{0 °} ekstrapole oranını elde etmek için bir doğrusallaştırma kullanın.
3. Toplama verimi 0 mGy / darbe da 1'e eşit olduğu varsayımı ile, f değerlerine (yani, her bir ölçek oranı ile elde etmek için, önceki aşamadan gelen ekstrapole edilen değer, adım 3.A.1 hesaplanan tüm oranlarını normalize bir etkenöyle ki k R ₀ = 1).
4. Toplama verimliliği evrimini temsil etmek için puls başına dozun değerlerine karşı f değerleri çizilir. Hata çubukları, her mesafeden tekrarlanan ölçümler değerlendirilmiştir LIC ve AIC suçundan belirsizlikleri propaganda hesaplanabilir.

Yöntem B

1. Oranlarını alın 200 cm (198.5 cm SSD) ve 60 cm (58.5 cm SSD), en ve AIC okumaların LIC okumalarının, .
2. Sayısal u ₂₀₀ için aşağıdaki denklemi çözmek.
   
3. Toplama verimliliği, f elde etmek için aşağıdaki ilişki içinde ₂₀₀ u değerini enjekte200 cm mesafeden.
   
4. Verim sürece yük oranı 3 değerinden daha yüksek olduğu için, 60 cm'den daha başka mesafelerde oranı kullanılarak hesaplanabilir. Bu prosedür u hesaplanır ve f değerlere belirsizliği test sağlar.
5. Şu ilişkiyi (mesafeleri seçerek kullanarak, tüm ölçüm noktaları için parametre u hesaplamak, böylece )
   
6. _{Ilişkisinden, d,} f, tüm toplama verimliliği hesaplamak
   
7. Huk için darbe başına dozun değerlerine karşı f değerlerini Konutoplama verimliliği evrimini nt. Hata çubukları, her mesafeden tekrarlanan ölçümler değerlendirilmiştir LIC ve AIC suçundan belirsizlikleri propaganda hesaplanabilir.

Sonuçlar

Şekil 3'te, yöntem A elde f toplama verimi 0 ila sinyal içinde% 2'lik bir kayıp görülebilir 1.6 mGy / darbe aralıkları puls başına doz karşı çizilir. Noktaları doğrusal bir davranış izleyin. Hata çubukları yöntemine özgü gibi ve büyük ölçüde aynı zamanda, bu yöntemde AIC yanıtı zorunlu olarak tamamen doğru değildir herhangi bir yeniden birleştirme etkileri geçmesi varsayılmıştır kayda değerdir Metod B'deki kullanımı ile azaltılabilir önemli belirsizlikler göstermektedir . Bu bir doğrulamak için sadece (su deposu) ve ters kare mesafe için doğru bir birikmesi kap yalnız AIC kullanarak benzer ölçümleri gerçekleştirebilirsiniz; küçük sapmalar belirsizlikler değerleri gözlenen ve dahil edilebilir.

Şekil 4, ikinci bir yöntem (B) için hesaplanan toplama verimliliğini gösterir. Daha kesin kanıtlar ve f mutlak değerler temin etme avantajına sahiptir. Devilineer davranış ations küçük ve sinyal verme yöntemi A ile biraz daha düşük olduğu

Yöntem B doğrudan bir uygulaması olarak, faktör sadece toplama verimi, f tersini alarak, nabız için belirli bir dozda genel rekombinasyon için gidermesi hesaplanabilir. Daha sonra bu faktörlerin nispi derinlik ölçümleri doz uygulanabilir. Şekil 5, rekombinasyon düzeltme öncesi ve sonrası (rekombinasyon etkilerine tabi olan) bir diyot ile ve LIC ile ölçülen nispi derinlik dozu göstermektedir. Eğrileri (rekombinasyon etkileri kaybolmaya) 240 mm'lik bir derinliğe normalize, bunlar düzeltmeler birikimidir alanı (böylece darbe başına doz ve düzeltme faktörleri yüksek nerede) rekombinasyon etkileri telafi yani örtüşmektedir. Bu hesaplanan düzeltme faktörleri doğru ve iki doz oranı yönteminin bir doğrulama olarak hizmet düşündürmektedir.

Şekil 1.. Cyberknife Sytem. Hızlandırıcı baş aşağı bakacak ölçümler için kullanılan Cyberknife sisteminin, bir görünüm. Su tankı da zemin üzerine yerleştirilen veya odanın arkasında görünür robotik kanepede, baş yukarıda mevcut boşluğa bağlı olabilir.

Şekil 2. Deneysel kurulum. Kurulum AIC ve LIC ile burada temsil edilir aşağı doğru yönlendirilir huzmesinin merkezinde, su tankı (1.5 cm derinlik) birbirlerinin iç yanına yerleştirilir. Oklar 60 cm mesafe (58.5 cm SSD) başlayan ve 200 cm (198.5 cm) SSD biten, ölçümlerin her dizi arasında hızlandırıcı baş hareketi gösterir.

Şekil 3,. Genel toplama verimliliği, puls başına doz ile ilgili olarak, genel toplama verimliliği, f, evrimi yöntem A. grafikte (in mGy / pulse) yöntem A'ya elde

Şekil 4,. Genel toplama verimliliği, yöntem B. Genel toplama verimliliği yöntem B sonuçlarının ardından, puls başına dozuna karşı çizilen

Nispi derinlik doz ölçümlerine Şekil 5,. Uygulama. Diyot ölçümlerinden elde edilen nispi derinlik doz mavi gösterilmiştir.LIC ölçümlerinin sonuçları kırmızı (düzeltilmemiş) ve sarı (düzeltilmiş) eğrileri ile temsil edilmektedir. , bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.

Tartışma

Yukarıda belirtilen yöntemler doz oranlarında (0,14-1,58 mGy / pulse) geniş bir aralığı üzerinde bir LIC olarak rekombinasyon etkilerini değerlendirmek izin verir. Yöntem A basit ama toplama verimliliği, f oldukça doğru (ve kesin) değerleri sağlar, yöntem B, daha belirsizlikler ile ilişkilidir. Rekombinasyon incelenen bütün aralığında sinyal yaklaşık% 2 kaybından sorumlu olan, ancak bu aralık genellikle rutin ölçümler sırasında yayılmış ne daha büyüktür. Bir çıkış faktörü büyük hata% 0.35, ve sonuç bölümünde gösterildiği gibi, bunun yüzde derin doz ölçümü için% 1 ulaşır.

Tüm ölçümler tedavi başlığının başlangıç ​​pozisyonuna göre yapılır gibi protokol yapılması için kritik unsur, Deneyin ilk kurulum. Böylece her biri için dedektör okumaları ilişkilendirmek mümkün olması için ilk SSD doğru ölçümü konusunda dikkatli olmalıdırdarbe başına doz. Bu da su içinde detektörün yerleştirilmesi için de geçerlidir; bakım ölçüm etkin noktası (microLion detektör durumunda giriş penceresinin arkasında yer alan 1 mm) yüzeyinin altına 1,5 cm konumlandırılır dikkat edilmelidir. 1 saat gecikme ile ön-ışınlama doz 800 V besleme ve sıcaklığı dengelemek için de gereklidir.

Darbe başına linak ve tekrarlanma oranının doğrudan etkiler doz. 800 MU / dakika ve 150 Hz arasında bir frekans ile, puls başına doz 0.89 mGy / darbesidir. Bu frekans mesafe puls başına doz üzerinde bir etkisi olan tek değişken faktör olduğundan emin olmak için, tüm ölçümler için sabit olmalıdır. Yöntem, bir uyarlama ⁷ ile sürekli bir kirişin halinde kullanılabilir. SSD doğrudan tedavi başını hareket ettirerek değiştirilebilir değil diğer cihazlarda, tekrarlama hızı nabız varyasyonu başına doz tanıtmak için değiştirilmiş olabilir. Bu parametre iseaynı zamanda, sabit SSD hala LIC ve depodaki su yüzeyinin hareket ile değiştirilebilir, ancak bu yaklaşımın doğruluğu büyük olasılıkla, bu çalışmada kullanılan tedavi baş hareketi daha düşük olacaktır.

Küçük bir alan dozimetride kullanımı için LIC karakterizasyonu sonraki adım, dedektör ve hacim etkisi malzemesi olarak tepki, (pertürbasyon neden diğer faktörleri araştırmak için duyarlı ses olmadığı gerçeği, yani küçük ışının boyutlarına) ile karşılaştırıldığında. Bu Monte Carlo simülasyonları ^5'in kullanımı ile mümkündür. Dikkate alınan bu yönleri ile, küresel düzeltme faktörleri tam Düzensizlikleri ortadan kaldırmak için klinik rutin ölçümlerde elde edilen LIC okumaları (çıkış faktörleri, yüzde derin doz, doz profilleri) uygulanabilir.

Bu perturbating etkilerin tam karakterizasyonu ve düzeltme sonrası, tO LIC profilleri, yüzde derinlik doz ve detektörler tarafından ölçülen çıkış faktörlerden bağımsız olarak doğrulanmasını sağlayan, küçük ışın dozimetri için ek bir detektör olarak kullanılabilir. Uzunlamasına doğrultuda onun çok yüksek çözünürlüklü da sadece küçük bir boyuta sahip dikdörtgen alanların dozimetri için uygun olacaktır (örneğin Tomotherapy).

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
MicroLion odası	PTW	31018	http://www.ptw.de/2263.html
Unidos Webline dozimetresi	PTW		http://www.ptw.de/unidos_webline_dosemeter_rt0.html
HV kaynağı	PTW		http://www.ptw.de/2265.html
MP3 su tarama sistemi	PTW
http://www.ptw.de/2032.html 0.125 cm3< / sup> SemiFlex haznesi	PTW	31010	http://www.ptw.de/semiflex_chambers0.html?&cId=6069
Cyberknife	Accuray