Waarde van een vloeistofgevulde ionisatiekamer voor de bepaling van outputfactoren en absolute dosis van kleine velden in de radiotherapie Pieter Declerck Promotor: prof. dr. ir. Carlos De Wagter Begeleiders: Nathan De Kock, Annemieke De Puysseleyr Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: biomedische ingenieurstechnieken Vakgroep Radiotherapie en Experimenteel Kankeronderzoek Voorzitter: prof. dr. ir. Carlos De Wagter Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2011-2012
110
Embed
Waarde van een vloeistofgevulde ionisatiekamer voor de ...lib.ugent.be/fulltxt/RUG01/001/887/149/RUG01-001887149_2012_000… · Waarde van een vloeistofgevulde ionisatiekamer voor
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Waarde van een vloeistofgevulde ionisatiekamer voor de
bepaling van outputfactoren en absolute dosis van kleine
velden in de radiotherapie
Pieter Declerck
Promotor: prof. dr. ir. Carlos De Wagter Begeleiders: Nathan De Kock, Annemieke De Puysseleyr Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: biomedische ingenieurstechnieken Vakgroep Radiotherapie en Experimenteel Kankeronderzoek Voorzitter: prof. dr. ir. Carlos De Wagter Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2011-2012
Waarde van een vloeistofgevulde ionisatiekamer voor de
bepaling van outputfactoren en absolute dosis van kleine
velden in de radiotherapie
Pieter Declerck
Promotor: prof. dr. ir. Carlos De Wagter Begeleiders: Nathan De Kock, Annemieke De Puysseleyr Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: biomedische ingenieurstechnieken Vakgroep Radiotherapie en Experimenteel Kankeronderzoek Voorzitter: prof. dr. ir. Carlos De Wagter Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2011-2012
Toelating tot bruikleen
De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te
stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik.
Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het
bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden
bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef.
Pieter Declerck Gent, 4 juni 2012
Voorwoord
Het was reeds in de eerste lessen van mijn opleiding biomedische ingenieurstechnieken
dat ik mij aangetrokken voelde tot de wereld van de radiotherapie. De mogelijkheid om als
thesisonderwerp een experimenteel onderzoek uit te voeren op een vloeistofgevulde ionisatiekamer
was dan ook een logische keuze voor mij. Een scriptie tot een goed einde brengen kan onmogelijk
alleen, daarom wil ik graag nog enkele mensen bedanken.
Vooraleerst wil ik mijn promotor en hoofd van de afdeling radiotherapie van het Universitair
Ziekenhuis Gent, Prof. De Wagter, bedanken voor de toelating om mijn thesis in de P7 uit te voeren.
Ten tweede dank aan mijn copromotoren Nathan De Kock en Annemieke De Puysseleyr voor het
begeleiden van metingen en de vele tips die ik gedurende het jaar heb gekregen voor het schrijven
van mijn thesis.
Ook wil ik klinisch fysicus Akos Gulyban bedanken voor alle tijd die hij voor me wou vrijmaken. In het
bijzonder voor het helpen opstellen van verschillende metingen en de vele aangename discussies
rond mijn thesis.
Verder dank ik ook alle artsen en het verplegend personeel van het universitair ziekenhuis Gent voor
mijn begeleiding.
Tenslotte wil ik ook mijn ouders, broer en vriendin bedanken. Zij steunden me steeds voor de volle 100% tijdens mijn opleiding, stonden klaar als er een probleem was of boden een zeer welkom luisterend oor als er iets niet helemaal naar wens verliep. De logistieke steun die ze boden heeft zeker bijgedragen in het succesvol afronden van mijn opleiding. Bovendien wil ik hen bedanken voor de hulp bij de zoektocht naar spel- en grammaticale fouten in deze scriptie.
Pieter Declerck, juni 2012
Waarde van een vloeistofgevulde ionisatiekamer voor de bepaling van
outputfactoren en absolute dosis van kleine velden in de radiotherapie
door Pieter Declerck
Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van Master in de ingenieurswetenschappen: biomedische ingenieurstechnieken
Promotor: Prof. Dr. Ir. Carlos DE WAGTER Scriptiebegeleiders: Ir. Nathan DE KOCK, Ir. Annemieke DE PUYSSELEYR
Vakgroep: Radiotherapie en Experimenteel Kankeronderzoek Voorzitter: Prof. Dr. Ir. Carlos DE WAGTER
Lijst van figuren ...................................................................................................................................... 95
Lijst van tabellen .................................................................................................................................... 97
Tabel van afkortingen en symbolen
Afkortingen DNA DeoxyriboNucleic Acid QA Quality Assurance QC Quality Control IMRT Intensity-Modulated Radiation Therapy SRS Stereotactic RadioSurgery IMAT Intensity-Modulated Arc Therapy MU Monitor Unit MLC MultiLeaf Collimator NMR Nuclear Magnetic Resonance OARS Organs At Risk CT Computed Tomography PTV Planning Target Volume TPS Treatment Planning System CPE Charged Particle Equilibrium FWHM Full Width at Half Maximum MC Monte Carlo SSD Source to Surface Distance SCD Source to Chamber Distance
Symbolen
Mcorr,Q gecorrigeerde ladingsuitlezing
ND,w,Q0 kalibratie coëfficiënt voor absolute dosis in water voor een welbepaalde
referentie bundelkwaliteit Q0
kQ,Q0 correctiefactor voor verschil tussen bundelkwaliteit Q en referentie bundelkwaliteit
Q0
dosis in de lucht van het actief volume
gemiddelde energie nodig voor het produceren van een ionenpaar in droge lucht
absolute ladingswaarde van een elektron
actief volume van de ionisatiekamer
densiteit
correctie voor het polariteitseffect
correctie voor de niet waterequivalente kamerwand
correctie tegen ionenrecombinatie
correctie tegen shift van effectief centrum
correctie voor centrale elektrode effect
correctie voor temperatuur en druk
1
Hoofdstuk 1 Inleiding in de radiotherapie
Radiotherapie is een klinische behandeling met als doel kwaadaardige gezwellen met ioniserende
straling aan te pakken. Radiotherapie vormt samen met chirurgie en chemotherapie de drie pijlers
voor de behandeling van patiënten met kanker. Het effect van radiotherapie berust op het verschil in
gevoeligheid voor straling tussen gezond weefsel en kankerweefsel.
Tumor celdood kan in het menselijk lichaam worden uitgevoerd op verschillende mogelijkheden
zoals bijvoorbeeld apoptose (gekend als geprogrammeerde celdood), mitotische celdood, etc. . .
Mitotische celdood is het meest op de voorgrond tredende biologische effect van bestraling en
wordt daarom hoofdzakelijk gebruikt in de radiotherapie. Dit type celdood omvat gecompliceerde
radiobiologische processen. De aangelegde ioniserende straling veroorzaakt schade aan het DNA
waarin breuken ontstaan. Het merendeel van de DNA-schade wordt binnen enkele uren hersteld en
kan beschouwd worden als subletale of potentieel letale schade. Tumorcellen zijn in het algemeen
minder in staat om subletale schade te herstellen. Een volgende bestraling kan deze subletale schade
alsnog bestendigen. De belangrijkste oorzaak van celdood is dan het gevolg van onherstelbare
beschadiging van het DNA waardoor de cel niet meer in staat is tot celdeling en vervolgens sterft.
De gevoeligheid van en controle op de tumor is afhankelijk van verschillende factoren, zoals de
doorbloeding en bloedvoorziening (vascularisatie), de gevoeligheid van het weefsel voor celreparatie
en -populatie, timing, de voorziening van zuurstof (oxygenatie), fractionering, etc. . Zowel de normale
cellen als tumorcellen worden aan straling onderworpen, maar aangezien gezonde cellen makkelijker
en sneller van de stralingschade herstellen kan deze techniek perfect gehanteerd worden. Tijdens het
uitvoeren van de stralingsbehandeling is het uiteraard de bedoeling een maximale verwijdering te
bekomen van kwaadaardige tumorcellen en dus optimale tumor controle waarbij de gezonde
weefselcellen zoveel als mogelijk gespaard moeten blijven. Dit is natuurlijk niet evident en leidt tot
enkele fundamentele vragen:
- Welke dosis moet worden gegeven?
- Hoe nauwkeurig en precies kan de absolute dosis geleverd worden?
- Hoe groot is het stralingseffect op zowel de tumor als het gezond omliggend weefsel?
Op deze vragen kan niet altijd zomaar snel een eenduidig correct antwoord gegeven worden. Veel
verschillende aspecten horen hierbij in rekening te worden gebracht, daar deze een grote invloed
kunnen hebben op het absoluut resultaat.
Vooraleer een gewenst klinisch resultaat kan worden bekomen, moeten vele processen worden
doorlopen en geëvalueerd. Hiervoor wordt in het algemeen een beroep gedaan op een
stralingsdeskundige. De stralingsfysicus controleert, onderzoekt en erkent mogelijke fouten en/of
factoren (vaak vastgelegd door de Belgische wetgeving of verplicht te volgen stralingsprotocollen) die
mogelijks aanwezig kunnen zijn alvorens de stralingsbehandeling wordt in gang gezet. Dit leidt tot
een geoptimaliseerde en veiligere levering van stralingsdosissen. Zo is heel nauwkeurige
tumorcontrole mogelijk waarbij omliggende weefsels gespaard kunnen blijven.
van het veld weer. Overeenkomstig staan de blauwe pijltjes voor de eigenlijke setting van de
veldgrootte en de rode voor de halve piek hoogte van de resulterende dosisprofielen.
2.1.2 Elektronenbereik en invloeden in het stralingsmedium
De elektronen geproduceerd door de lineaire versneller hebben een bepaald bereik. Het
elektronenbereik is belangrijk voor het elektronenevenwicht.
Elektronenevenwicht
Een elektronenevenwicht ontstaat op een bepaalde locatie in een bestraald medium wanneer de
totale energie overgedragen in een elementair volumedeeltje in de omgeving van die plaats door
secundaire elektronen geproduceerd buiten dat volumedeeltje gelijk is aan de totale energie
overgedragen buiten het volumegedeelte door secundaire elektronen geproduceerd binnen
datzelfde volume (idem CPE, Das et al. 2008 [16]).
Precisiemetingen in de penumbra zijn een uitdaging voor elke stralingsfysicus. De detector moet
voldoende klein zijn om de hierboven vermelde effecten op de dosis te vermijden. Bij kleine velden
wordt het elektronenevenwicht niet bereikt daar de veldgrootte kleiner is dan het laterale bereik van
de elektronen. Lage energie elektronen gecreëerd in het centrum van de bundel zullen het veld
verlaten waarbij dit fenomeen niet wordt gecompenseerd door elektronen die aan de rand het veld
binnentreden. Het bereik van de elektronen verkregen aan de rand is groter dan de diameter van de
bundel. Op deze manier zullen laag energetische elektronen verdwijnen uit de bundel en de
gemiddelde energie van de bundel stijgen zodat de gemeten dosis hoger is dan de eigenlijke dosis
van het veld (Das et al. 2008 [16]).
Invloed collimator, fantoom en vlakheidsfilter
De collimatorverstrooiing is het gedeelte van de dosis in het veld die bijgedragen wordt door de
elektronen die losgeslagen worden van de bundel in de kop van de lineaire versneller, ook wel
headscatter genoemd (zoals bijvoorbeeld de reeds vernoemde jaws). Verstrooiing ten gevolge van de
vlakheidsfilter heeft een grotere bijdrage dan verstrooiing ten gevolge van de collimator (Das et al.
2008 [16]). Fantoomverstrooiing is de bijdrage aan de dosis door elektronen uit het medium (dus
meestal water).
Door deze factoren gaat de output van grote velden omhoog. Hoe groter de veldgrootte, hoe groter
de hoek van de bundel in de versnellerskop, hoe meer verstrooiing van de bundel ten gevolge van de
collimator en de vlakheidsfilter. Bij een grotere veldgrootte zal niet alleen de headscatter toenemen
ook zal meer oppervlakte van het fantoom worden bestraald en zal er dus met andere woorden
meer fantoomverstrooiing zijn (Das et al. 2008 [16]).
Collimatorverstrooiing en verstrooiing ten gevolge van de vlakheidsfilter ontstaat door elektronen
die losgeslagen worden van de bundel in de bestralingskop van de lineaire versneller. In de
bestralingskop zijn jaws, meerbladige (MLC) collimatoren, vlakheidsfilter, etc. aanwezig die zorgen
19
voor dit effect. Het effect zorgt op die manier voor een verhoging in dosis op kleine diepten. Kleine
velden versterken dit effect waardoor er meer verstrooiing aanwezig is.
Kleine velden hebben als gevolg dat de verstrooiing ten gevolge van de collimator en vlakheidsfilter
groter wordt. Fantoomstrooiing daarentegen is kleiner door de kleinere veldgroottes. Om deze
effecten te limiteren worden correctiefactoren ingevoerd (Das et al. 2008 [16]).
2.1.3 Grootte van de detector
Het gebruik van kleine velden zorgt voor een uitdaging voor het berekenen van de voorgeschreven
dosis op het doelwit door de afwezigheid van het elektronenevenwicht (elektronen onevenwicht
inherent aan de kleine bundelgrootte) en de aanwezigheid van weleens hoge dosisgradiënten in de
randen van het veld. Om deze reden is de grootte van de detector een kritische factor bij kleine
velden dosimetrie. De ideale detector heeft een hoge ruimtelijke resolutie en een dosisrespons
onafhankelijk van de bundelgrootte, veldgrootte en fluentie om op die manier elektronen
onevenwicht (vaak ook door de aanwezigheid van de detector) te vermijden.
De detector moet klein genoeg zijn zodat de resultaten niet beïnvloed worden door de dosisgradiënt.
In het centraal gedeelte van de smalle stralingsbundel is er een klein gebied waar een uniforme dosis
aanwezig is, buiten dit gebied valt de dosis snel naar nul. Door dit fenomeen is een kleine detector
nodig om op een nauwkeurige manier de output factoren en bundelprofielen op te meten. Een
optimale detector grootte is kleiner dan de helft van de veldgrootte (MC Kerracher et al. 1999 [17]).
2.1.4 Positionering van de detector
Verder speelt ook de positionering van de detector een belangrijke rol. De juiste positionering van de
detector is steeds belangrijker naarmate het veld kleiner wordt. Indien de detector niet perfect
gepositioneerd wordt (nog voor het stralingstoestel in gebruik te nemen) ontstaat er een kleine
verschuiving in de dosisverdeling met als gevolg dat er fouten ontstaan in de dosisberekening van het
treatment planning systeem (TPS).
2.1.5 Onzekerheid
Bij het uitvoeren van kleine veld metingen treedt altijd een welbepaalde onzekerheid op. De
onzekerheid op smalle bundels is veel groter dan bij een meting met een standaard bundel. Door de
verschillende bovenvermelde effecten wordt interpolatie toegepast op de metingen van kleine
velden. De literatuur over kleine velden dosimetrie is beperkt, echter is er de laatste jaren steeds
meer interesse is voor dit probleem. Voor een standaardbundel worden bij relatieve metingen geen
correctiefactoren gebruikt. Maar voor de berekening bij kleine velden is dit essentieel.
Er is reeds onderzoek gedaan naar de correctiefactoren, maar de resultaten hebben een onzekerheid
van meer dan 5% (Das et al. 2008 [16]). Monte Carlo simulaties worden vaak gebruikt om de dosis in
kleine velden te berekenen, maar hiervoor is een zeer accuraat model nodig van de stralingskop van
de lineaire versneller.
20
2.2 Luchtgevulde ionisatiekamers
In luchtgevulde ionisatiekamers, waar ioniserende straling optreedt, worden verschillende ionparen
gegenereerd in het gasvolume. De aangelegde (bias)spanning zorgt ervoor dat aanwezige
ladingsdeeltjes kunnen worden gecollecteerd aan de collectorelektrode. Toepassen van
ionisatiekamers voor absolute dosimetrie vraagt gebruik van radiotherapeutische protocollen. De
voornaamst gebruikte in Europa zijn de NCS18, IAEA TRS-398 en AAPM TG-51 (P. Andreo et al 2006
[18]). Alle drie definiëren ze verschillende referentie instellingen (standaardvoorwaarden en
begincondities) voor zowel kalibratie als referentiemetingen. Referentie (absolute) dosimetrie is
gebaseerd op referentie metingen die worden uitgevoerd met een gekalibreerde ionisatiekamer
onder standaard voorwaarden (referentie condities genoemd in de protocollen).
De normale standaard condities voor eerder genoemde protocollen zijn voor vele verschillende
lineaire versnellers en oudere 60Co bestralingstoestellen identiek. De standaard instelling is gekend
als het plaatsen van de ionisatiekamer op een diepte van 10 cm onder het wateroppervlak voor een
10 x 10 cm² veld met een bron oppervlak afstand, beter gekend als SSD (Source to Surface Distance),
van 100 cm (P. Andreo et al 2006 [18]). Vaak wordt in de literatuur ook de term bron-kamer afstand
(SCD, Source to Chamber Distance) gebruikt, wat de SSD met de diepte betekent.
De daarnet reeds opgenoemde dosimetrie protocollen zijn gebaseerd op de zogenaamde "cavity"
theorie.
Indien de theorie wil worden toegepast moet er aan twee belangrijke voorwaarden worden voldaan.
Een eerst belangrijk aspect is de grootte van de kamercaviteit. De grootte moet kleiner zijn dan het
bereik die de geladen deeltjes hebben van het oorspronkelijke medium. De tweede voorwaarde
vertelt dat er geen perturbatie (of verstoord signaal) aanwezig is in de caviteit. De geleverde dosis
verkregen via de geladen energetische bundels wordt bepaald door het converteren van de stopping
power ratio's van het gehanteerde medium naar lucht Sw,air (protocol IAEA TRS-398).
Uit verscheidene studies is geweten dat deze protocol criteria voor kleine veld dosimetrie niet meer
geldig zijn (P. Andreo et al 2006 [18]). De aanwezigheid van de ionisatiekamer zelf kan al zorgen voor
een groter elektronisch onevenwicht die dan op zijn beurt verder aanleiding heeft tot complexe
storing op fluentie en gradiënt correcties.
De uitvoering van standaard referentie dosimetrie gebeurt (bijvoorbeeld volgens IAEA TRS-398) voor
het bepalen van de algemene geabsorbeerde dosis (Dw,Q). De dosis wordt uitgelezen onder referentie
toestand met behulp van een gekalibreerde dosimeter en is er sterk afhankelijk van de veldgrootte,
die kamerdiepte en de kwaliteit van de straalbundel (Q).
Elke ionisatiekamer heeft een zekere geabsorbeerde dosis-water kalibratiefactor (ND,w,Q0) die geldig is
bij standaard referentie instellingen. De kalibratiefactor wordt bepaald in een standaard lab. Hierbij
wordt rekening gehouden met de kwaliteit van de geabsorbeerde (dosis-water) referentiebundel. De
bundel in referentie toestand en bij standaardomstandigheden (d.w.z. rekening houdend met
relatieve vochtigheid, druk en temperatuur) heeft een initiële referentie bundel kwaliteit (Q0) van
een 60Co bundel.
21
2.2.1 Referentie omstandigheden
In referentie omstandigheden wordt de kwaliteit van de bundelstraal verkregen door de bundel
correctiefactor kQ,Q0. Deze correctiefactor heeft een grote invloed op de absolute dosis en wordt
verworven door referentie laboratoria of kan worden afgeleid uit het ND,air formalisme door gebruik
te maken van de stopping power ratio's Sw,air via de Spencer-Attix cavity theorie (Alfonso et al. 2008
[2]).
De geabsorbeerde dosis Dw,Q voor een zekere referentie diepte in water wordt hierbij als volgt
berekend:
Dw,Q= Mcorr,Q ND,w,Q0 kQ,Q0 [Gy] (Alfonso et al. 2008 [2])
met hierbij: - Mcorr,Q = de gecorrigeerde relatieve ladingsuitlezing van de elektrometer
- ND,w,Q0 = kalibratie coëfficiënt voor absolute dosis in water voor een welbepaalde
referentie bundelkwaliteit Q0
- kQ,Q0 = correctiefactor voor verschil tussen bundelkwaliteit Q en referentie
bundelkwaliteit Q0
De laatst genoemde term kan worden verkregen door het quotiënt te gaan nemen tussen de
kalibratie coëfficiënten van beide bundels, met andere woorden:
(Alfonso et al. 2008 [2])
Verder kan kQ,Q0 ook bepaald worden aan de hand van uitgevoerde directe metingen naar de
kwaliteit van de straalbundel tegenover de initiële referentie bundelkwaliteit. Niet alle standaard
laboratoria kunnen deze metingen uitvoeren vandaar gebruik wordt gemaakt van het ND,air
formalisme.
De bundel correctiefactor (tussen stralingsbundel Q en referentie bundel Q0) wordt dan berekend
volgens:
=
(Alfonso et al. 2008 [2])
22
2.2.2 Niet referentie omstandigheden en effect op de ionisatiekamer
In de praktijk wordt dosimetrie voor niet referentie omstandigheden uitgevoerd door een
vergelijking te maken met absolute dosis onder referentie omstandigheden (Alfonso et al. 2008 [2])
met aanname van constante correctiefactoren (zie verder bij dosimetrische werking).
Zoals reeds vermeld kan voor metingen onder niet referentie omstandigheden de aanwezigheid van
de ionisatiekamer zelf al zorgen voor een elektronisch onevenwicht en een kleine verandering in het
spectrum teweegbrengen. Dit effect (dat vooral voor storing zorgt op het sensitief volume van de
detector) heeft een invloed op elke correctiefactor. Onder deze omstandigheden zal de Spencer-Attix
theorie verder ook niet meer geldig en van toepassing zijn aangezien niet meer voldaan is aan de
gestelde voorwaarden.
De belangrijkste effecten waarmee een ionisatiekamer te kampen krijgt worden in volgende
paragrafen kort besproken en hebben een grote invloed op de respons van de detector.
2.2.2.1 De penumbra verbreding
Het effect van penumbra verbreding is op te splitsen in twee belangrijke delen.
Een eerste is het geometrisch uitgemiddelde volume effect. Dit fenomeen is te wijten aan de
afmetingen van de ionisatiekamers. Omwille van de afmetingen gebeurt er een volumetrische
uitmiddeling van het dosisprofiel. De uitmiddeling is zichtbaar in het bekomen dosisprofiel en zorgt
zo vaak voor het aangeven van brede penumbra's terwijl deze er feitelijk niet aanwezig zijn.
Een tweede belangrijk aspect hierbij is ook het volume effect van de lucht caviteit in de kamer.
Elektronen die zich in lucht verplaatsen hebben een groter bereik. Hierdoor zullen secundaire
elektronen een grotere afstand afleggen in de lucht caviteiten en zal er penumbrale verbreding
optreden.
2.2.2.2 Het effect van overrespons bij laag energetische comptonverstrooiing
Een ionisatiekamer is heel gevoelig voor het registreren van overrespons bij laag energetische
comptonverstrooiing. Het effect van overrespons wordt verkregen door foto-elektrische interacties
(heersend bij lage compton verstrooiing) met de centrale elektrode. De uitgelezen dosis kan zo sterk
beïnvloed worden door de bijdrage van laag energetische comptonverstrooiing. De ionisatiekamer
zal een overrespons detecteren bij toenemende veldgrootte en diepte te wijten aan de relatief meer
belangrijke bijdrage van lage energetische verstrooiing.
23
2.2.2.3 Invloed van ionen recombinatie
Een belangrijk vaak voorkomend effect dat optreedt bij veel type ionisatiekamers is
ionenrecombinatie. Het doet zich vaak voor wanneer een te lage polarisatiespanning aan de
ionisatiekamer wordt aangelegd of als de dosis per puls te groot is (technische fiche Elekta Services
[19]). Lineaire versnellers van het type Elekta Synergy (zoals gebruikt wordt in UZ Gent) corrigeren de
dosis per puls via het ingebouwde puls herhalende frequentie systeem. Er zijn twee soorten
ionenrecombinatie, namelijk initiële en volumetrische recombinatie. Indien zowel initiële alsook
volumetrische recombinatie wil worden tegengehouden moeten beide aspecten in gedachte
genomen worden.
Initiële recombinatie effecten hebben te maken met de vorming van ionenparen langs de baan van
een ioniserend deeltje (onafhankelijk van dosistempo).
Volumetrische recombinatie effecten zijn te wijten aan recombinerende ionen die verschillende banen beschrijven en afhankelijk zijn van de ionendichtheid met continue stralingsdosis (Gutiérrez et al. 2008 [20]).
Ten gevolge van de recombinatie van ionen kunnen minder ladingen worden gecollecteerd in het
sensitief volume van de ionisatiekamer. Verschillende protocollen bieden een mogelijke oplossing
om dit effect in rekening te brengen via het berekenen van een saturatie correctie factor.
2.2.2.4 Volume invloed
Indien metingen worden uitgevoerd voor kleine stralingsvelden kunnen de output factoren hierbij
lager liggen, zoals reeds vermeld (bij de penumbra) een direct gevolg van het sensitief volume van de
kamer. Het effect is zowel afhankelijk van de grootte van de ionisatiekamer als de grootte van het
dosis profiel (Gutiérrez et al.2008 [20]). Empirisch kan het effect verder ook bepaald worden aan de
hand van relatieve dosismetingen waarbij de outputfactoren worden vergeleken met die van de
Het kabel effect: een belangrijk vaak over het hoofd gezien aspect tijdens het uitvoeren van
stralingsmetingen is de invloed van omringende apparatuur en elektrische bedrading. Elektrische
snoeren die zich op korte afstand van de stralingsbundels bevinden kunnen zorgen voor een foutieve
uitlezing van dosis. De afwijking tegenover de werkelijk aanwezige centrale dosis kan praktisch tot
3% oplopen (theoretisch nog meer). Het effect treedt ongeveer evenredig op met de grootte van het
stralingsveld en de tijd dat de kabels/snoeren zich in het veld bevinden. Hoe groter het veld en langer
de apparatuur er in het stralingsveld aanwezig is, hoe groter de invloed van het effect.
De aanwezigheid en invloed van deze effecten tonen nog maar eens dat standaard protocollen en
formalismen niet altijd geldig zijn voor kleine veld dosimetrie.
24
2.2.3 Dosimetrische werking
Een ionisatiekamer bevat een actief sensitief volume dat zich normalerwijze op een kleine afstand
van het bovenoppervlak van de detector bevindt. Binnenin het sensitief volume is er een niet
geleidend materiaal aanwezig. De meest voorkomende substantie die wordt gehanteerd is uiteraard
lucht, vandaar de benaming luchtgevulde ionisatiekamers. In deze thesis wordt er vooral onderzoek
gedaan naar de dosimetrische impact van een vloeistofgevulde ionisatiekamer, namelijk de
microLion. De detector hanteert zoals reeds aangehaald een benzeenderivaat van iso-octaan
vloeistof. Het niet geleidende materiaal bevindt zich tussen twee elektrodes waarover een
welbepaalde polarisatiespanning zal worden aangebracht. Wanneer een lineaire versneller
ioniserende straling produceert, worden er elektronen en ionen gecreëerd in het actief sensitief
volume. Door aanleggen van het elektrische veld kunnen de gecreëerde ladingsdragers worden
gecollecteerd. Met behulp van een elektrometer wordt de resulterende stroom (die een maat is voor
het dosistempo) gemeten. De grootte van de stroom hangt onder andere af van het actieve volume,
het vulmedium, de grootte van het elektrische veld en de aangelegde spanning. In figuur 8 (Kron et
al. 1999 [21]) worden het aantal gecollecteerde ionen weergegeven in functie van de verschillende
aangelegde spanningen. De meting werd uitgevoerd op een cilindrische ionisatiekamer met een
sensitief volume van 1 cm³ (Kron et al. 1999 [21]).
Figuur 8: Het aantal ionen dat gecollecteerd wordt als functie van de aangelegde spanning voor een cilindrische ionisatiekamer met een actief volume van 1 cm
3 (Kron et al. 1999)
De ladingsdragers versnellen evenredig met de grootte van het elektrisch veld en dus met de grootte
van de aangelegde spanning. Zo vermindert de tijd nodig voor het verzamelen van de ladingsdragers
op de collectorelektrode met een stijging in aangelegde spanning. Indien kleine
25
polarisatiespanningen aan ionisatiekamers worden aangelegd recombineren het grootste deel van de
elektronen en ionen alvorens die de centrale elektrode bereiken. Een groot onderscheid dient hierbij
gemaakt te worden tussen gasgevulde en vloeistofgevulde detectoren aangezien ladingen gemeten
in lucht veel minder worden tegengehouden vergeleken met vloeistof gevulde media. Vandaar bij
vloeistof gevulde detectoren een hogere nominale spanning gehanteerd wordt om over een
voldoende grote ladingscollectie te beschikken. Dit fenomeen wordt nagegaan in hoofdstuk 3:
materialen en methoden.
Op luchtgevulde ionisatiekamers mag een veel lagere polarisatiespanning (grootorde de helft)
worden aangelegd vergeleken met vloeistofgevulde detectoren. De geproduceerde ladingsdragers in
lucht worden bij lagere nominale spanning gecollecteerd door de centrale elektrode. Op figuur 8
wordt dit detectorbereik duidelijk weergegeven. In het aangeduide gebied is te zien dat de
gecollecteerde stroom bijna onafhankelijk is van de aangelegde spanning, waardoor dit praktisch
(stabielere) domein gebruikt wordt voor dosimetrie met ionisatiekamers (Kron et al. 1999 [21]).
Indien hoge spanningen op ionisatiekamers worden aangelegd kunnen ionen een voldoende grote
energie krijgen om secundaire ionisaties te veroorzaken in het elektrische veld. Dit effect geeft
aanleiding tot een vermenigvuldiging van ladingsdragers en is duidelijk waar te nemen in figuur 8. De
grootte van de effecten, waar te nemen in de figuur zijn sterk afhankelijk van de soort
ionisatiekamer. Elke ionisatiekamer heeft namelijk een verschillende geometrie, verschillend
detectorvolume, andere soorten gebruikt materiaal, etc...
De meeste metingen met ionisatiekamers worden in de radiotherapie uitgevoerd met behulp van
een waterfantoom onder Bragg-Gray caviteitscondities. De voorwaarde stelt dat de ionisatiekamer
voldoende klein moet zijn om geen significante verstoring van het stralingsveld te creëren.
Bij indirect ioniserende straling wordt verondersteld dat alle elektronen die ionisaties veroorzaken
afkomstig zijn van fotoneninteracties in het omliggend fantoom. Hierbij wordt de elektronenfluentie
en de spectrale distributie van de elektronen niet gewijzigd door de aanwezigheid van de caviteit. Zo
moet er alleen rekening worden gehouden met de verhoudingen van het stoppende vermogen in
lucht en water. Een bijkomende voorwaarde is dat de padlengte van de elektronen voldoende groot
moet zijn, vandaar is de Bragg-Gray theorie alleen toepasbaar bij energetische fotonenbundels vanaf
300 keV.
In water wordt de lokale dosis theoretisch bepaald, rekening houdend met alle correctiefactoren
inwerkend op de ionisatiekamer, aan de hand van volgende formule en parameters (uit protocol TRS-
398) :
[Gy]
hierbij is:
dosis in de lucht van het actief volume en bestaat verder uit:
gemiddelde energie nodig voor het produceren van een ionenpaar in droge lucht [J]
verkregen gecollecteerde lading [C]
absolute ladingswaarde van een elektron [C]
actief sensitief volume van de ionisatiekamer [cm³]
densiteit van de lucht aanwezig in sensitief volume [kg/cm³]
26
verhouding van het gemiddeld stoppend vermogen in water tot het gemiddeld stoppend
vermogen in lucht
C zijn de correctiefactoren met: correctie voor het polariteitseffect
correctie voor de niet waterequivalente kamerwand
correctie tegen ionenrecombinatie
correctie tegen shift van effectief centrum
correctie voor centrale elektrode effect
correctie voor temperatuur en druk
Zoals bovenstaande formule doet blijken moeten voor het berekenen van de lokale dosis heel wat
correctiefactoren in rekening worden gebracht. Het merendeel van deze factoren zijn
energieafhankelijk.
Correctie voor polariteit en ionensaturatie kan worden bepaald aan de hand van experimentele
metingen. In hoofdstuk 3 zal dit uitvoerig worden besproken voor de vloeistofgevulde microLion. De
overige correctiefactoren ( centrale elektrode effect, shift tussen effectief meetpunt en het isocenter
van de ionisatiekamer en de niet waterequivalente kamerwand) worden bepaald aan de hand van
berekeningen. Daarnaast moet men ook rekening houden met de temperatuurs- en
drukafhankelijkheid van de luchtdensiteit op het tijdstip van meting. De invloed moet vooral in
gedachte genomen worden wanneer metingen worden uitgevoerd op aanzienlijke hoogtes. Een
laatste vaak vergeten correctiefactor die ook invloed kan hebben op de uitlezing van een lokale dosis
is de vochtigheidscorrectie. De factor wordt vaak achterwege gelaten omwille de invloed pas in
rekening moet worden gebracht wanneer een relatieve vochtigheidsgraad van 70% wordt
overschreden (protocol IAEA [22]).
In de klinische stralingsfysica is het sensitief actief volume van een ionisatiekamer enorm van belang
voor dosimetrie. Het volume dient hierbij zo nauwkeurig mogelijk te worden bepaald. In de praktijk
gebeurt zoals reeds kort vermeld de kalibratie van de kamer in een standaard laboratorium voor
klinische dosimetrie. Hierbij maakt men gebruik van een isotope 60Co -stralingsbundel. De kalibratie
van de ionisatiekamers gebeuren in termen van bepaling van de dosis in water of in termen van air
kerma. Beide methoden hanteren verscheidene protocollen die alle parameters in rekening brengen
aan de hand van correctiefactoren en zo een duidelijke beschrijving meedelen hoe precies de globale
geabsorbeerde dosis bepaald kan worden. Deze thesis zal zich uiteraard vooral beperken tot het
bepalen van relatieve dosissen aangezien verondersteld kan worden dat alle correctiefactoren en
voor klinische fotonenbundels onafhankelijk zijn van de locatie in het waterfantoom. Zo kan bij
relatieve dosismetingen de verhouding van de dosissen gelijk worden gesteld aan de verhouding van
ongecorrigeerde ionisatiekamer uitlezingen.
27
2.2.4 Eigenschappen van ionisatiekamers
Ionisatiekamers worden over het algemeen gekarakteriseerd door kalibratie en de daarbij horende
hoge precisie. Universeel kan gesteld worden dat wanneer het actief volume van de kamer steeds
kleiner wordt de respons van de kamer telkens meer en meer afneemt (Das et al. 2008 [16]).
Uit verscheidene literatuurstudies blijkt dit te kloppen wanneer een vergelijking wordt gemaakt
tussen de PTW Farmer ionisatiekamer, de PTW SEMIFLEX met sensitief volume van 0,125cm³ en de
PTW PinPoint ionisatiekamer. De hierbij horende responsen zijn gemiddeld ongeveer in zelfde
dalende aard (2.10-8 C/Gy; 3.10-9 C/Gy; 5.10-10 C/Gy) waarbij uiteraard ook de verhouding van signaal
en perturbatie afnemen (zie PTW fiche Small Field Dosimetry). Indien voldoende grote dosissen
worden uitgelezen is er praktisch geen significant verschil in procentuele standaarddeviatie waar te
nemen bij drie bovenstaande vermelde ionisatiekamers. Dosissen van enkele tientallen centigray's
[cGy] zullen voor alle drie de kamers slechts een procentuele standaarddeviatie op de metingen
geven kleiner dan 0,1%. De fluctuaties kunnen afkomstig zijn van de gebruikte elektrometer of
detector alsook van de lineaire versneller (PTW fiche Small Field Dosimetry).
Voor heel lage dosissen is gebleken uit reeds uitgevoerd onderzoek dat de standaarddeviatie wel
kamerafhankelijk is. Bij een dosis van bijna 1cGy fluctueerde de standaarddeviatie tussen de PTW
Farmer, PTW Semiflex en PTW PinPoint ionisatiekamers er met bijna 1% (PTW fiche Small Field
Dosimetry). Indien een kleiner aantal MUs wordt gehanteerd zal de standaardafwijking groter
worden door invloed van de lineaire versneller.
In voorgaande paragraaf wordt de vlakke energie respons bij ionisatiekamers voor megavoltage
fotonenbundels duidelijk weergegeven. Het werkingsgebied voor elke ionisatiekamer is verschillend
en net daarom heel interessant. Zo is gebleken dat bijvoorbeeld de PinPoint ionisatiekamer
overgevoelig is voor laagenergetische fotonen door foto-elektrische interacties in de centrale staal
elektrode (Martens et al. 2000 [12]). Hierbij heerst een toename van respons met de diepte en
veldgrootte. Dit effect is te wijten aan de toename van de hoeveelheid laagenergetische compton
verstrooide fotonen en neemt af in grootte indien de bundelkwaliteit toeneemt. De respons voor
eenzelfde fotonenbundel is voor een groot veld tot 7% groter in vergelijking met een klein
stralingsveld. Idem is er een stijging in respons met de toenemende diepte waar de detector zich
bevindt. Uit deze bevindingen kan geconcludeerd worden dat de PinPoint ionisatiekamer sterk
aanbevolen wordt voor het bestralen van kleine velden. Een bijkomstig aspect hierbij is dat bij grote
velden een belangrijk deel van de dosis in de staarten van profielen afkomstig is van compton
verstrooide fotonen, terwijl bij kleine stralingsvelden de dosis in de staarten eerder afkomstig zijn
van transmissie door de collimatoren (Martens et al. 2000 [12]). Om duidelijk vergelijkende studies
uit te voeren (voor ionisatiekamers best werkend in kleine stralingsvelden) wordt daarom in plaats
van het vastgelegd standaard 10x10 cm² veld een referentieveld gehanteerd van 5x5 cm² (zo is er
geen overrespons aanwezig).
De meeste ionisatiekamers zijn door hun betrekkelijk groot actief volume niet ideaal om metingen te
verrichten in zeer kleine velden of regio's met scherpe dosisgradiënten. Dit houdt uiteraard verband
met de eerder besproken effecten van een ionisatiekamer, zoals de invloed van de volumetrische
uitmiddeling en de niet waterequivalentie van een luchtgevulde ionisatiekamer. Er treedt een
verbreding van gemeten penumbra's op, aangezien het padlengte van elektronen in lucht groter is
28
dan die in water, door combinatie van beide effecten. Hierbij is het duidelijk van belang deze
effecten zo klein mogelijk te houden.
Een belangrijk aspect is de oriëntatie van de ionisatiekamer. In meeste onderzoeken worden de
detectorkamers meestal zo gepositioneerd dat de ruimtelijke resolutie maximaal is in de scanrichting
voor profiel metingen en in de richting van de kleinste veldafmeting voor output factor metingen
(Das et al. 2008 [16]). Alle uitgevoerde metingen in deze thesis maken gebruik van cilindrische
ionisatiekamers. Hierdoor zijn twee kameroriëntaties mogelijk. Een eerste mogelijkheid is de as van
de ionisatiekamer parallel aan de as van de fotonenbundel te plaatsen, dit heet coaxiale oriëntatie.
De tweede heet niet-coaxiaal georiënteerd waarbij de as van de ionisatiekamer zich loodrecht op de
as van de fotonenbundel bevindt. Er wordt gekozen om de coaxiale oriëntatie te gaan hanteren
aangezien de vloeistofgevulde Microlion enkel volgens vaste conventie op die manier kan
gepositioneerd worden en zo een eenduidige vergelijking kan worden opgesteld tegenover andere
detectoren.
Uit voorgaande paragrafen blijkt dat kleine velden dosimetrie helemaal niet evident is. De
belangrijkste benaderingen die strikt moeten worden gevolgd zijn de volgende:
- gebruik maken van een gepaste ionisatiekamer (eventueel micro-ionisatiekamer)
- opletten met de aan te leggen aanbevolen nominale spanning
- in rekening brengen van eventueel polarisatie/recombinatie effecten (minimaliseren)
- opletten met de kwaliteit en locatie van de kabels en connectoren
Tenslotte kan gesteld worden dat outputmetingen bij kleine velden dosimetrie nooit zomaar
blindelings mag vertrouwd worden. Ter controle worden hierdoor vaak metingen in verschillende
referentierichtingen (in plane/cross plane) uitgevoerd of wordt er bijvoorbeeld een grotere SSD
gebruikt.
2.2.5 Bespreking van de gebruikte gasgevulde ionisatiekamers
In volgende paragrafen worden drie gasgevulde ionisatiekamers besproken. Het gaat om de PTW
Farmer 30010, de PTW PinPoint 3D 31014 en de PTW SEMIFLEX 31010. Alle drie de ionisatiekamers
worden gebruikt als referentiekamers tegenover de vloeistofgevulde PTW MicroLion ionisatiekamer
voor verschillende uitgevoerde metingen.
2.2.5.1 De PTW Farmer 30010 ionisatiekamer
Farmer cilindrische ionisatiekamers (zie onderstaande figuur 10) met een geventileerd gevoelig actief
volume van 0,6 cm³ worden beschouwd als een standaard referentie voor absolute dosimetrie in de
klinische radiotherapie. Indien de gasgevulde ionisatiekamer wordt gebruikt als referentie, dient deze
eerst te worden gekalibreerd in een standaard lab. Op die manier wordt een kalibratie certificaat
(met bijhorende correctiefactoren) voor kalibratie in geabsorbeerde dosis water of lucht kerma
meegegeven met elke kamer.
Vanwege het grote sensitieve meetvolume van deze kamers, zijn Farmer ionisatiekamers ongeschikt
voor kleine veld dosimetrie, maar geschikt als referentie voor andere detectoren door hun vlakke
29
energie respons. Er bestaan verschillende types Farmer ionisatiekamers waarbij deze niet altijd
waterdicht zijn.
Figuur 9: Illustratie van de waterdichte PTW Farmer ionisatiekamer [56]
In het hoofdstuk metingen en evaluatie wordt de waterdichte PTW 30010 Farmer ionisatiekamer
gebruikt als referentiekamer om het polarisatie/recombinatie effect en output metingen te gaan
vergelijken met de vloeistofgevulde PTW MicroLion ionisatiekamer.
Type 30010 is een standaard ionisatiekamer waarbij de wand bestaat uit grafiet met daarop een
beschermende acryllaag en de elektrode uit aluminium vervaardigd is. Het nominale foton energie
bereik bevindt zich tussen de 30kV en 50MV. Metingen uitgevoerd met een PTW Farmer
ionisatiekamer vereisen vaak een correctie voor de densiteit van de lucht daar deze een belangrijke
invloed kan hebben op de actuele dosis aanwezig in de lucht van het actief volume (zie technische
fiche PTW Farmer [23]).
2.2.5.2 De cilindrische PTW Semiflex 31010 ionisatiekamer
PTW Semiflex ionisatiekamers worden uiteraard eveneens ontworpen voor klinische
behandelingsdosimetrie. De kamers worden in het bijzonder gebruikt om dosisverdelingen te gaan
meten in water fantomen.
Net zoals bij de PTW Farmer zijn verschillende soorten PTW Semiflex ionisatiekamers naargelang hun
verscheiden sensitief volume (0,125cm³ of 0,3cm³). Beide kamers worden cilindrisch gevormd met
een binnendiameter van 5,5 mm, alleen verschillen ze in de lengte van hun sensitief volume. De
0,125 cm³ kamer is geschikt voor 3D dosimetrie in een waterfantoom omdat het te meten sensitief
volume nagenoeg bolvormig (sferisch) resulteert in een vlakke angulaire respons over een hoek van ±
160 ° en een uniforme ruimtelijke resolutie langs de drie assen van het waterfantoom.
Op figuur 10 is te zien dat de kamer een kort uiteinde heeft voor montagebevestiging en deze (net
zoals bij alle andere kamers) is vastgehecht aan een flexibele kabel. Het nominale nuttige energie
bereik voor fotonen is identiek aan die van de PTW Farmer, namelijk van 30 kV tot 50 MV. De kamer
creëert een vlakke energie respons over een ruim energiebereik. Het materiaal van de kamerwand
bestaat eveneens uit grafiet met daarop een afdek beschermingslaag van acrylaat. De PTW Semiflex
ionisatiekamer beschikt over een acryl build-up kap voor in lucht metingen bij 60Co stralingsbundels,
30
alsook over een kalibratie certificaat voor bepaling van geabsorbeerde dosis in water of lucht kerma.
Metingen uitgevoerd met een PTW Semiflex 31010 ionisatiekamer vereisen vaak een correctie voor
de densiteit van de lucht daar deze een belangrijke invloed kan hebben op de actuele dosis aanwezig
in de lucht van het actief volume (zie technische fiche PTW Semiflex[24]).
Figuur 10: Illustratie van de PTW Semiflex 31010 ionisatiekamer [39]
De PTW Semiflex ionisatiekamers vertonen geen afhankelijkheid van energie (zelfs hoog energetische
fotonenbundels met 60Co 25 MV kwaliteit). Door de afmetingen en grootte van het actief volume,
gelijk aan 0,125 cm³, wordt de grootte van het stralingsveld beperkt en aangepast tot een gebied
groter dan 4x4 cm² (zie technische fiche PTW Semiflex [24]).
In deze thesis wordt de kamer gebruikt bij dosisprofiel metingen om zo een vergelijking te maken
tussen de waterbestendige PTW Semiflex 31010 en PTW MicroLion ionisatiekamer.
2.2.5.3 De cilindrische PTW PinPoint 3D 31014 ionisatiekamer
Waterdichte PTW PinPoint 3D ionisatiekamers zijn speciaal ontworpen voor relatieve profiel
dosismetingen in een waterfantoom uit te voeren. De kamer maakt het eveneens mogelijk de
stralingsvelden van de lineaire versneller makkelijk te gaan karakteriseren met een zekere gewenste
ruimtelijke resolutie.
Net zoals bij de PTW Farmer en PTW Semiflex zijn verschillende soorten PTW PinPoint-kamer types.
Het groter verschil met de twee vorige besproken ionisatiekamers zit hem in de inwendige bouw van
het actief volume, deze is namelijk veel kleiner. De verscheidenheid onderling tussen de PTW
PinPoint-kamers wordt eveneens gemaakt in de opbouw van het volume. Het type 31014 (die
gebruikt wordt voor metingen in deze thesis) heeft een inwendige diameter van 2 mm, terwijl de
modeltypes 31015/31016 een binnendiameter van 2,9 mm hebben. De grootte van het actief volume
voor beide kamers bedraagt om en bij 0,015cm³. De kleinere opbouw en dimensies van het sferisch
actief volume zorgen ervoor dat de kamer kan worden gebruikt in regio's met kleinere
stralingsvelden daar deze er beter en accurater zal werken. Hierdoor worden PinPoint
31
ionisatiekamers gewoonlijk gebruikt voor dosismetingen met gebieden tot maximaal 2x2 cm² (zie
technische fiche PTW PinPoint 3D [25]).
Vaak worden PTW PinPoint ionisatiekamers gekalibreerd (tegenover PTW Farmer ionisatiekamers)
om zo accurate diepte dosissen en absolute dosismetingen uit te kunnen voeren. Het gevoelig klein
sensitief volume wordt ontlucht, waarbij de wand van de ionisatiekamer bestaat uit grafiet met
daarop een beschermende acrylaat laag. Binnenin het actief volume is een aluminium centrale
elektrode aanwezig voor het collecteren van de geladen deeltjes. De PTW PinPoint 3D heeft een
nominaal fotonenenergie bereik van 60Co tot 50MV. Net zoals bij de Semiflex en Farmer is er weinig
plaats voor montage van de kamer en is deze verbonden met een flexibele kabel. Indien grootte
stralingsvelden bij de PinPoint worden gehanteerd dient een sterke controle te gebeuren en moeten
verschillende aspecten in rekening worden gebracht zoals bv. de aanwezigheid van de kabel die een
belangrijke invloed op de absoluut gemeten dosis kan hebben.
Onderstaande figuur vertoont de waterdichte PTW 31014 PinPoint 3D ionisatiekamer (gebruikt voor
metingen in deze thesis).
Figuur 11: Illustratie van de cilindrische PTW PinPoint ionisatiekamer [57]
De originele PTW PinPoint 31006 kamer bestaat uit een 2 mm diameter en 5 mm lange cilindrische
luchtkamer met een centrale stalen elektrode en een wandkamer vervaardigd uit PMMA (bedekt
met een grafietlaag). De nieuwere hedendaags gebruikte versies (zoals reeds vermeld 31014/ 31015/
31016) zijn voorzien van een aluminiumelektrode en hebben onderling ietwat verschillende
afmetingen. De PTW PinPoint 3D ionisatiekamer kan worden geplaatst in 2 stralingsrichtingen voor
een optimale ruimtelijke resolutie tot stralingsvelden op groottes van om en bij 2x2 cm².
32
Hoofdstuk 3 Materialen en methoden
In dit hoofdstuk worden de verschillende meetopstellingen en het doel van de metingen besproken.
De metingen worden ingedeeld volgens drie grote categorieën, namelijk:
- kalibratie metingen (polarisatie en saturatie effecten controleren)
De testen worden uitgevoerd om de parameters, eigenschappen, ruimtelijke en geometrische
effecten van de vloeistofgevulde PTW Microlion van naderbij te onderzoeken en evalueren.
De onderzoeken en testen (voor kalibratie) op de ionisatiekamer worden vaak geverifieerd met
behulp van verschillende stralingsprotocollen. De meest gehanteerde in deze thesis is het NCS18. Het
protocol werd opgesteld in januari 2008 door de Nederlandse Commissie voor Stralingsdosimetrie
met als doel het bevorderen van het juiste gebruik van medische dosimetrie van ioniserende straling,
zowel voor wetenschappelijk onderzoek als voor praktische toepassingen. Een belangrijk op te
merken punt is het feit dat elk van deze gebruikte protocollen toepasbaar zijn voor luchtgevulde
ionisatiekamers. Aangezien de PTW Microlion echter gevuld is met iso-octaan in plaats van lucht is te
verwachten dat de verkregen resultaten mogelijks een grote afwijking vertonen tegenover resultaten
bekomen met gasgevulde ionisatiekamers (zie technische fiche PTW MicroLion [1]).
De meeste van de metingen worden uitgevoerd voor twee ionisatiekamers. Afhankelijk van de
situatie en het effect dat wordt onderzocht zal een gekozen ionisatiekamer telkens fungeren als
referentiekamer. Op die manier kan een duidelijke vergelijking gemaakt worden tussen referentie en
microlion ionisatiekamer. De gebruikte referentiekamers zijn telkens cilindrisch luchtgevulde
ionisatiekamers, daar deze gekend staan voor hun eenvoudige en gemakkelijke hanteerbaarheid
voor verscheidene opstellingen.
Van de vloeistofgevulde kamer wordt verwacht dat deze veel voordelen kan bieden. In het bijzonder
voor kleine stralingsveld technieken, daar voor deze velden een verhoogde gevoeligheid, hogere
precisie en fijnere resolutie heel belangrijk is. Het verkleinde volume van de waterequivalent
vloeistofgevulde detectorkamer resulteert volgens de technische fiche van de kamer in een
ruimtelijke resolutie die niet te bereiken valt met een luchtgevulde ionisatiekamer waardoor ook
effecten van verplaatsing en perturbatie worden geminimaliseerd. Om het klinisch gedrag van de
PTW MicroLion te kunnen voorspellen moeten diverse onderzoeken gedaan worden naar de
karakteristieke invloed van verschillende effecten zoals bijvoorbeeld polarisatiecorrectie,
ionenrecombinatie, etc.. Ook de hoekafhankelijkheid, verstrooiingsbijdrages van de kamer,.. spelen
een grote rol voor klinische toepassing van patiënten dosimetrie. Dit alles wordt nagegaan aan de
hand van verschillende metingen in dit hoofdstuk. Dankzij de verkregen bevindingen kan op deze
manier een schatting gemaakt worden naar het gedrag van de vloeistofgevulde ionisatiekamer.
33
3.1 Onderzoek naar polariteitseffect
Een eerste belangrijke meting op de PTW Microlion ionisatiekamer onderzoekt de polariteitscorrectie
van de detector.
Het uitlezen van een vloeistof- of luchtgevulde ionisatiekamer wordt beïnvloed door de polariteit van
de spanning die zich over de kamer bevindt. Dit effect (polariteitseffect genaamd) is afhankelijk van
het ontwerp van de kamer, de grootte van de polarisatiespanning op de kamer, de grootte van het
stralingsveld met de diepte in het fantoom, de bundel energie en de kwaliteit van de bestraling. Het
polariteitseffect moet gemeten worden in het referentiepunt (van het zo uniform mogelijk veld)
waar de kamer gebruikt wordt.
Uit protocol NCS18 is geweten dat voor luchtgevulde ionisatiekamers de polariteitcorrectie slechts
enkele procenten (maximaal 5%) mag bedragen. Indien hieraan niet wordt voldaan zal de kamer niet
aanbevolen worden voor referentie dosimetrie.
De meting wordt uitgevoerd met de vloeistofgevulde microLion ionisatiekamer onder aangeraden
nominale bias-spanning, namelijk 800V. De nominale spanning is meestal ongeveer dubbel zo groot
als bij luchtgevulde cilindrische ionisatiekamers, wat aanzien kan worden als een voordeel aangezien
grotere stromen kunnen worden gerealiseerd. Onderstaande figuren vertonen de opstelling van de
kamer tegenover de bron en het waterfantoom waarin de metingen gebeuren (Gutiérrez et al. 2008
[20]).
Figuur 12: Opstelling van ionisatiekamer tegenover de radiatiebron (links); Het waterfantoom waarin de metingen plaatsvinden (Gutiérrez et al. 2008 [20]).
34
De vloeistofgevulde ionisatiekamer wordt voor elke meetopstelling in deze thesis met behulp van
een PTW Trufix Holder rechtop geplaatst. Hierdoor zal het sensitieve volume van de detector altijd
loodrecht staan op de intredende fotonen stralingsbundels.
De correctiefactor voor polariteit wordt door NCS18 berekend via volgende formule:
M geeft de uitgelezen relatieve lading/dosis weer in [nC]/[Gy] door gebruik te maken van een
elektrometer. De aangelegde positieve en negatieve spanningen zijn respectievelijk +800V en - 800V,
vandaar de M+ en M- waarden.
De PTW Microlion bevindt zich tijdens de meting op een diepte van 10 cm in het PTW MP3
waterfantoom met een SSD (Source to Surface Distance) van 100 cm. De gekozen veldgrootte
bedraagt 10x10 cm² daar deze heel vaak als referentie grootte wordt genomen (Das et al. 2008 [4]).
Het polariteitseffect wordt bekeken voor fotonbundel energieën 6MV en 15MV telkens bij 200
monitor units (MU).
Om een stabiele uitlezing te bekomen is het belangrijk de ionisatiekamer vooraf te bestralen (met
zo'n 600 MU). Zo kunnen de eventueel aanwezige effecten voor polarisatiecorrectie
(overgangsverschijnsel waar de eerst gemeten ladingen nog niet worden meegerekend) al worden
gereduceerd.
De metingen voor elke fotonenenergie en polarisatiespanning worden telkens 3 keer uitgevoerd en
daarna uitgelezen met behulp van de PTW TANDEM elektrometer (zie figuur13). Hierbij wordt voor
het uitlezen van de resultaten gebruik gemaakt van het PTW softwarepakket Tansoft MEPHYSTO mc²
(figuur14).
Figuur 13: PTW TANDEM elektrometer (technische fiche PTW apparatuur)
35
Figuur 14: PTW softwarepakket Tansoft
Opmerking Temperatuursafhankelijkheid
In de paper (Gutiérrez et al.2008 [20]) wordt verder ook de invloed van de temperatuur op de PTW
MicroLion, tijdens het uitvoeren van de polarisatie meting, onder de loep genomen. De polarisatie
meetopstelling wordt hierbij geëxpandeerd met een extra temperatuursensor en een geijkte
verwarmbare tankisolator. De laatst genoemde staat in voor het bereiken en behouden van
welbepaalde temperaturen. Uit het onderzoek blijkt dat de temperatuur een (te verwachten) heel
kleine invloed heeft afhankelijk van de aangelegde polarisatiespanning. Er treedt een (uiteindelijk te
verwaarlozen) procentuele stijging van gecollecteerde lading op van om en bij 0,2% per °C.
Opmerkelijk ook is dat de stijging voor zowel aangelegde nominale spanning (800V) als voor precies
de helft hiervan een bijna zelfde procentuele stijging met zich mee brengt.
Onderstaande figuur vertoont het lineair verband tussen de gewijzigde collectie van lading in functie van de verandering in temperatuur.
Figuur 15: Illustratie temperatuursinvloed van de PTW microlion ionisatiekamer (Gutiérrez et al.2008[20])
36
3.2 Bepalen van het saturatie effect
Saturatie correctie is nodig om het gebrek van ladingscollectie in de kamer in rekening te brengen als
gevolg van recombinatie van ionen. De types effecten hierbij zijn de zogenaamde initiële
recombinatie effecten en de volume recombinatie effecten (Gutiérrez et al. 2008 [20]).
De eerste (initiële) recombinatie effecten hebben te maken met de vorming van ionenparen langs de
baan van een ioniserend deeltje (onafhankelijk van dosistempo). Het laatst genoemde effect is te
wijten aan recombinerende ionen die verschillende banen beschrijven en afhankelijk zijn van de
ionendichtheid. Uit onderzoek zou volgens verschillende literatuurstudies blijken dat beide effecten
sterk afhankelijk zijn van de aangelegde polarisatiespanning op de ionisatiekamer en de geometrie
van de ionisatiekamer (Gutiérrez et al. 2008 [20]). Indien de polarisatiespanning te klein is wordt
ionenrecombinatie bevorderd. Voor elke individuele ionisatiekamer wordt een ideale nominale
spanning opgelegd om zo de recombinatie van ionen te vermijden.
Volgens het NCS18 protocol kan bij luchtgevulde ionisatiekamers de correctie op ionenrecombinatie
worden bepaald aan de hand van de relatief uitgelezen dosiswaarden. De verkregen waarden zijn
gekoppeld aan de gehanteerde polarisatiespanningen. De spanningen worden zo gekozen (tegenover
de nominale aan te leggen polarisatiespanning van elke individuele kamer) dat de
verhoudingcoëfficiënt tussen gemeten en nominale aangelegde spanning minstens twee is.
Door gebruik te maken van de numerieke kwadratische formule van Weinhous and Meli kan de
recombinatie correctie geëvalueerd worden (zie protocol NCS18). De recombinatie correctiefactor
(horend bij eerste polarisatiespanning) wordt dan als volgt verkregen:
waarbij M1 en M2 de relatief gemeten dosiswaarden horend bij polarisatiespanningen V1 en V2.
In onderstaande tabel worden coëfficiënten ai weergegeven in functie van de ratio van de
aangelegde polarisatiespanningen. Protocol NCS18 raadt altijd aan een spanningsratio van minstens
2 te hanteren.
37
Figuur 16: Gefitte ratiocoëfficiënten in functie van hun spanningsratio voor luchtgevulde ionisatiekamers (NCS18)
Volgens toepasbaarheid van het Weinhous en Meli datacriteria zijn de kwadratische gefitte
coëfficiënten geldig voor zowel gepulseerde als continue bestraling.
De meting wordt uitgevoerd op de PTW MicroLion onder identiek dezelfde standaard voorwaarden
als die voor de polarisatiecorrectie metingen.
Om in dit onderzoek aan de gebruikelijke protocol voorwaarde (met minimale spanningsratio twee)
te voldoen worden voor de meting volgende spanningen gekozen, namelijk +400V; +200V en +100V.
De metingen, voor beide fotonbundelkwaliteiten, worden telkens na voorbestralen drie keer
uitgevoerd met behulp van de PTW TANDEM elektrometer. Alsook wordt net zoals bij de polarisatie
metingen, voor het uitlezen van de resultaten, gebruik gemaakt van het PTW softwarepakket TanSoft
MEPHYSTO mc².
3.3 Bepalen polarisatie en saturatie effect voor de PTW farmer
ionisatiekamer
Om een studie en vergelijking naar het polarisatie en saturatie effect te kunnen maken worden
dezelfde metingen herhaald voor de waterbestendige PTW farmer ionisatiekamer. Hiervoor wordt
uiteraard, op een uitzondering na, identiek dezelfde meetopstelling en handeling gebruikt als bij de
PTW Microlion detector. Het enige wat verandert is de aan te leggen nominale spanning aan de
Farmer ionisatiekamer, deze is namelijk half zo groot als die bij de Microlion.
De metingen worden voor elke stralingsenergie en polarisatiespanning telkens eveneens 3 keer
uitgevoerd en daarna uitgelezen met behulp van de PTW Tansoft elektrometer.
Om beide effecten te beoordelen wordt voor deze vergelijkende metingen het NCS18 protocol
gehanteerd. Hierbij is het belangrijk in gedachte te houden dat het standaard protocol enkel en
alleen geldig is voor luchtgevulde ionisatiekamers.
38
3.4 Meten van outputfactoren Een belangrijk te onderzoeken effect voor de vloeistofgevulde Microlion ionisatiekamer is de invloed
van de grootte van de velden op de dosis. Hiervoor worden de output factoren gemeten in functie
van verschillende veldgroottes.
Voor eenzelfde geleverd aantal MU's bij identieke meetopstelling is de output factor de
geabsorbeerde dosisratio tussen het 10x10 cm² referentie veld en de gemeten veldgrootte (m.a.w.
een dimensieloze grootheid door de normalisatie bij 10x10 cm²). De outputfactor kan ook aanzien
worden als het product van de collimator- en fantoomscatter (The Physics of Radiation Therapy 3rd
Ed [26]).
Uit de technische fiche van de vloeistofgevulde detector is gebleken dat de kamer voor grote velden
iets minder nauwkeurig zou werken. Om de invloed van dit effect na te gaan worden een groot
aantal vierkante velden onderzocht. De outputfactoren worden onderzocht voor zowel kleine als
grote stralingsvelden. De groottes van de verschillende te analyseren stralingsvelden worden
weergegeven in onderstaande tabel.
3x3 cm² 20x20 cm²
5x5 cm² 25x25 cm²
7x7 cm² 30x30 cm²
10x10 cm² 35x35 cm²
15x15 cm² 40x40 cm² Tabel 2: De te analyseren veldgroottes voor output factor metingen
Om een degelijke vergelijking op te stellen worden als referentie de outputfactoren bij zelfde
veldgroottes gemeten voor de waterbestendige PTW 30010 Farmer ionisatiekamer. De metingen
worden uitgevoerd in het PTW MP3 waterfantoom bij 200 MU op een diepte van 10 cm in het
waterfantoom voor fotonbundels met 6MV en 15MV met bron oppervlakte afstand (SSD) van 100
cm.
3.5 Opmeten van Percentage Diepte Dosis curven (PDD's)
Een PDD of percentage diepte dosis curve betreft de geabsorbeerde dosis afgezet door een
stralingsbundel in een medium waarbij deze varieert met de diepte langs de as van de bundel. De
dosiswaarden worden gedeeld door de maximale dosis, aangeduid in water als Dmax, waardoor op
zo'n grafiek de dosis in termen van percentage tegenover de maximale dosis wordt weergegeven. De
dosismetingen worden in het algemeen in water of een "water equivalent" medium (aangezien
water gelijkaardig is aan het menselijk weefsel met betrekking tot strooistraling en absorptie) met
een ionisatiekamer uitgevoerd.
In deze opstelling wordt de MicroLion ionisatiekamer terug in het PTW MP3 waterfantoom geplaatst
op een diepte van 10cm met SSD van 100 cm. Uiteraard wordt hierbij de opgegeven nominale
spanning van 800V gerespecteerd. De meting gebeurt voor verschillende veldgroottes en beide
fotonbundel energieën. De groottes van de verschillende te analyseren stralingsvelden worden
weergegeven in onderstaande tabel.
39
1 x 1 cm² 5 x 5 cm²
2 x 2 cm² 10 x 10 cm²
3 x 3 cm² 30x30 cm²
4 x 4 cm² - Tabel 3: Tabel met de te onderzoeken veldgroottes
Het is de bedoeling om deze PDD-metingen voor de vloeistofgevulde ionisatiekamer zo volledig
mogelijk te vergelijken met reeds identiek uitgevoerde metingen voor luchtgevulde ionisatiekamers.
Voor de eerste vijf kleinste veldgroottes zal een vergelijking worden gemaakt met de PTW PinPoint,
terwijl dit voor de twee grootste stralingsvelden met de PTW Semiflex zal gebeuren.
De meetwaarden van de PDD-curves worden weergegeven met behulp van het PTW softwarepakket
Tansoft MEPHYSTO mc². Net als bij de andere metingen is het terug belangrijk om eerst te gaan
voorbestralen, zo kunnen betrouwbare curves en resultaten bekomen worden.
Om een globale evaluatie mogelijk te maken moeten de MEPHYSTO mc² bestanden eerst
geconverteerd worden. In deze thesis gebeurt dit in Microsoft Office Excel. Onderstaande grafiek
vertoont twee PDD curves van de PTW microLion, genormaliseerd op Dmax met veldgrootte 10x10
cm² (zie figuur 17).
Figuur 17: Percentage diepte dosis curven voor PTW microlion bij 6MV en 15MV.
De curves presenteren een algemeen typisch beeld van twee PDD's met verschillende energieën.
Zoals verwacht zal bij 6MV stralingsbundels de build up zich het sterkst gaan manifesteren (minder
huidsparend effect vergeleken met 15MV stralingsbundels) en wordt op ongeveer 15 mm diepte een
maximaal geabsorbeerde dosis in het waterfantoom weergegeven. Net als bij PDD curves opgemeten
40
door luchtgevulde ionisatiekamers onderhevig aan hogere bundelenergieën bevindt zich op dieper
gelegen plaatsen een hogere dosis (The Physics of Radiation Therapy 3rd Ed [26]).
Voor eenzelfde energie, namelijk 15MV, wordt een onderzoek gedaan naar het verschil in geabsorbeerde dosis tussen beide referentiekamers en de vloeistofgevulde Microlion, dit uiteraard voor veranderende dieptes en veldgroottes. Om een zo groot mogelijk contrast op te merken worden de twee kleinste velden (1x1 cm² en 2x2 cm²) vergeleken met de grootste twee (10x10 cm² en 30x30 cm²). Alle verkregen curves worden steeds genormaliseerd op een diepte van 27 mm daar op deze plaats telkens Dmax optreedt.
Het dosisverschil tussen de variërende veldgroottes kan begrijpelijk worden weergegeven aan de hand van gesimuleerde fitting functies en curves. Elk onderling verschil in percent maximale dosis tussen referentie detector en microlion wordt door lineaire regressie bepaald, dit voor alle gemeten veldgroottes bij zowel 6MV als 15MV. Om eenzelfde vergelijking te maken wordt gekozen om de fittingfuncties te bepalen op een diepte van 30 cm. De keuze om de functies op 30 cm te onderzoeken komt van de redenering dat de meeste diepst gelegen waterfantoom metingen op deze diepte gebeuren en daar grote verschillen tussen beide curves kunnen verwacht worden (verst weg van de genormaliseerde Dmax dosiswaarde).
3.6 Opmeten van dosisprofielen
In de radiotherapie maakt men vaak gebruik van dosisprofielen. Op die manier kan de dosis zowel in
dwars- en lengterichting gemeten worden met behulp van een stralingsgevoelige detector om de
karakteristiek van de stralingsbundels van medisch lineaire versnellers te bepalen. In deze thesis
worden enkel dwarsprofielen opgemeten met de microlion detector. De keuze voor dwarsprofielen
ligt voor de hand daar deze het meest geschikt zijn om de invloed van de penumbra en het
schoudereffect voor verschillende veldgroottes te onderzoeken.
Dwarsprofielen in open velden zijn afgeleid van isodosenkaarten. Dit zijn grafische voorstellingen van
het dosispatroon met isodosiskrommen in één vlak. Indien dit vlak loodrecht op de bundelas is
gelegen noemt men dit dwarsprofielen.
Doordat de absorptie en strooiing in het weefsel zullen verschillen op verschillende diepten moeten
er meerdere dwarsprofielen opgemeten worden. Dwarsprofielen geven meer informatie over de
vlakheid van de bundel, het schoudereffect van de bundel en van de penumbra.
Het dwarsprofiel zal in de praktijk nooit helemaal vlak zijn. Voor therapeutische doeleinden is het
voldoende als het dwarsprofiel een voldoende afgevlakte plateau bezit. Dit afvlakken gebeurt door
de vlakheidsfilters die zich in de kop van de lineaire versneller bevinden. De vlakheid wordt
gedefinieerd als de procentuele afwijking van de dosis op 100 mm van de centrale as, ten opzichte
van de dosis op de as. De vlakheid moet kleiner zijn dan 4% op de diepte van de maximale dosis (zie
The Physics of Radiation Therapy 3rd Ed [26]).
Het schoudereffect is een gevolg van een overcompensatie van de rand van het profiel, door de
vlakheidsfilter en dit op geringe profieldiepten. Zoals eerder aangehaald is de penumbra een gevolg
van de eindige focus van de bundel en van de zijwaartse strooiing van straling (gedefinieerd als de
laterale afstand tussen de 20% en de 80% isodosislijn op een gegeven diepte). De penumbra stijgt
41
met de diepte en met de veldgrootte en de penumbra stijgt bij een lagere energie omdat dan relatief
meer zijwaartse strooistraling aanwezig is.
3.6.1 Meetopstelling
Hiervoor wordt eenzelfde meetopstelling als bij de diepte dosis curven gehanteerd. Enkel de
beweging in het waterfantoom van de Microlion ionisatiekamer verschilt (zie figuur 22). De beweging
is nu met de richting mee van de MLC collimatoren.
Figuur 18: Bewegingsrichting van de detector voor dwarsprofielmetingen.
De dwarsprofielmetingen gebeuren op verschillende dieptes (zie tabel4) toegepast op meerdere
veldgroottes aanbevolen door Elekta medical systems.
Dieptes voor de te meten dwarsprofielen [cm]
Dmax
5
10
20 Tabel 4: Gemeten dieptes voor de dwarsprofielen
Deze metingen worden eveneens uitgevoerd voor 6MV als voor 15MV.
Net zoals bij het opmeten van de diepte dosis curven is het de bedoeling om deze
dwarsprofielmetingen voor de vloeistofgevulde ionisatiekamer zo volledig mogelijk te vergelijken
met identiek uitgevoerde metingen door luchtgevulde ionisatiekamers. Voor de kleine
stralingsvelden zal een vergelijking worden gemaakt met de PTW PinPoint, terwijl dit voor de twee
grootste velden met de PTW Semiflex zal gebeuren. De meetwaarden van de dosisprofielen worden
weergegeven met behulp van het PTW softwarepakket Tansoft MEPHYSTO mc². Net als bij de andere
metingen is voorbestraling essentieel om betrouwbare curves en resultaten te bekomen.
42
3.7 Onderzoek kleine MU test voor Farmer en Microlion Om de dosisstabiliteit van de vloeistofgevulde ionisatiekamer bij het detecteren en uitlezen van
gecollecteerde ladingsdosissen te controleren wordt de respons bij klein aantal monitor units
onderzocht.
Voor het meten van de kleine MU respons wordt gebruik gemaakt van de gestandaardiseerde 10 cm
x 10 cm² veldgrootte. De detectorkamer wordt telkens op een diepte van 10 cm in het PTW MP3
waterfantoom geplaatst en bestraald met fotonbundel energieën 6 MV en 15 MV. De bron oppervlak
afstand (SSD) bedraagt 100 cm.
Om het effect te bestuderen wordt de relatieve dosis verkregen door in één tijd een volledig aantal
monitor units te leveren. De actuele dosis wordt hierbij vergeleken met de stapsgewijze verkregen
dosis. Door in een verschillend aantal stappen te stralen wordt een duidelijk verloop geschetst qua
dosis.
In de eerste stap van de meting wordt gekozen om 20 MU in één tijd te leveren. Bij de stapsgewijze
manier gebeurt dit in tien fracties van 2 MU zodat er eenzelfde tijd met eenzelfde energie wordt
gestraald. Het klein bereik van aantal monitor units kan aanzien worden als betrouwbaar aangezien
de gemeten ladingswaarden telkens binnen een procentueel verschil van 2% liggen tegenover de
berekende gemiddelden.
De meting wordt voor de PTW Microlion als voor PTW 30010 Farmer ionisatiekamer uitgevoerd. De
Farmer detector is hierbij terug de referentie detectorkamer. Het enig verschil tussen beide
kameropstellingen is hun verschillende aangelegde nominale spanning.
3.8 Hoekafhankelijke dosismetingen Het meten van de hoekafhankelijkheid van een ionisatiekamer is belangrijk om de detectorefficiëntie
in elk segment te bepalen. In de thesis worden twee hoekafhankelijkheidsmetingen uitgevoerd. De
eerste gebeurt in lucht, terwijl voor de tweede een speciaal cilindrisch polystyreen fantoom wordt
gemaakt.
3.8.1 Hoekafhankelijkheidsmeting in lucht
In eerste instantie zal de richtingafhankelijkheid van de PTW Microlion gemeten worden in lucht. Een
mogelijk fenomeen dat hierbij kan optreden is het contamineren van elektronen. Deze elektronen
zijn niet onder controle te houden en hebben elk een zekere richtingsafhankelijkheid, waardoor ze
een invloed hebben op de hoekafhankelijkheid dosiswaarden in lucht. Dit effect moet worden
vermeden zodat de respons van de kamer niet te sterk wijzigt bij eenzelfde meeting voor de
meetopstelling.
In het eerst onderzoek zal de richtingsafhankelijkheid van de detector gemeten worden door de
gantry van de lineaire versneller te laten roteren. De gantry zal een rotatie uitvoeren van 0° tot 360°,
inclusief in de 180°-zone waar de kabelaansluiting van de detector aanwezig is. In die
laatstgenoemde zone kan een wijziging in respons verwacht worden. De gantry rotatie wordt
43
uitgevoerd in stappen van 15° zodat precies 24 angulaire dosissegmenten kunnen worden vergeleken
met elkaar.
Een tweede belangrijke controlerende meting die wordt uitgevoerd is de rotatie van de tafel. Hierbij
zal de gantry niet gaan roteren en statisch op 0° graden worden gepositioneerd, terwijl de tafel een
roterende beweging maakt van -90° tot +90° in het dwarsvlak van de lineaire versneller. De
microLion wordt in deze laatste opstelling roterend verplaatst in eenzelfde planaire richting
waardoor een minimale (en liefst geen) hoekafhankelijkheid aanwezig zou mogen zijn. De opstelling
van de meting blijft uiteraard behouden. Daar het hier enkel en alleen maar gaat over de controle
(op drift en wijziging in dosisdistributie) van de kamer wordt de meting in segmenten van 30° en
slechts twee keer uitgevoerd.
Beide metingen gebeuren onder standaard voorwaarden waarbij de microlion detector zich tijdens
de meting bevindt op een afstand van 100 cm van de stralingsbron. Aan de kamer wordt net als bij
andere opstellingen een nominale spanning van 800V gelegd. De gekozen veldgrootte bedraagt de zo
vaak genomen referentie veldgrootte 10x10 cm². Het effect wordt bekeken voor fotonbundel
energieën 6MV en 15MV telkens bij 200 MU.
Voor het uitlezen van de dosiswaarden wordt beroep gedaan op de TANDEM elektrometer met
Tansoft. Eens de elektrometer begint met lopen moet er meteen geijkt worden daar de metingen in
lucht gevoelig zijn voor sterke wijzigingen in respons. Bij de uitvoering van de meting is het daarom
belangrijk dat de kamer niet mag gaan driften. De herhaaldelijke metingen moeten bijgevolg best
gespreid worden in tijd. Zo kan stabieler gemeten worden door de eventueel aanwezige lekstroom te
verminderen en de reeds aanwezige ladingen die nog in de iso-octaan vloeistof aanwezig zijn te
elimineren. De drift van de ionisatiekamer werd tijdens de meting in de gaten gehouden door na elke
segment terug naar de oorspronkelijk nul-toestand te gaan om de referentie dosiswaarde bij de
genormaliseerde hoek van 0° te checken.
3.8.1.1 Opstelling van de vloeistofgevulde ionisatiekamer
De opstelling en fixatie van de kamer gebeurt op een experimentele manier daar de meting ditmaal
niet in een fantoom, maar gewoon in lucht plaats vindt. De PTW Microlion wordt centraal aan de
kortste zijde van de tafel vastgehecht met behulp van een PTW Trufix Holder en tape (zie figuur 19).
Via twee houten spalkjes kan de ionisatiekamer op ongeveer 12 cm hoogte van de tafel gebracht
worden. Op die manier zit de tafel op een acceptabele afstand van de ionisatiekamer en zal de
stralingsbundel in mindere mate gehinderd worden.
44
Figuur 19: Meetopstelling voor dosismetingen op hoekafhankelijkheid met PTW Microlion in lucht.
Een belangrijke opmerking in het onderzoek naar de hoekafhankelijkheid voor de PTW MicroLion is
het feit dat het actief volume van de detector zich helemaal bovenaan bevindt (op minder dan 1mm
diepte van het normale ingangsoppervlak, die nu variabel wordt met de invalshoek). Hierdoor moet
rekening worden gehouden met het feit dat er normaalgezien een verschil in attenuatie zal
optreden. Dit omdat de stralingsbundels verscheidene te onderzoeken segmenten, met elk een
verschillende hoeveelheid van detectormateriaal, moeten doorkruisen vooraleer het actief volume
zal worden bereikt. Op die manier wordt een dosisdistributie verwacht die vooral in de onderste
segmentenregio's zal verschillen daar in dit gebied meer detector materiaal moet worden doorkruist.
Deze te verwachten resultaten worden samen met het volledige onderzoek naar de afhankelijkheid
van angulaire dosisdistributie in de gantry-rotatie metingen nagegaan.
In eerste instantie dient nog eens vermeld te worden dat de PTW Microlion geen erkend
gekalibreerde ND,W waarde heeft en dus alle gemeten waarden relatieve dosiswaarden zijn. Elke
meting wordt, net zoals bij de meeste andere onderzoeken in deze thesis, driemaal uitgevoerd en
vervolgens uitgemiddeld.
3.8.2 Hoekafhankelijkheidsmeting in cilindrische fantoom
Het meten van de dosis hoekafhankelijkheid in lucht zal normaalgezien niet perfect egaal verlopen.
Er kan verwacht worden dat in onderste angulaire segmenten een fors dosisverschil zal optreden die
te wijten zou zijn aan het heersend build up effect en de divergentie van de stralingsbundel met het
detectormateriaal via strooistraling.
Hierdoor wordt gekozen om een (cilindrisch) perfect egale structuur en medium rond de
vloeistofgevulde detector te voorzien. De gantry rotatiemeting zal op deze manier fotonenbundels
op de detector vrijlaten die even sterk in elke angulair segment worden afgezwakt. Op die manier is
het mogelijk om een meer accurate angulaire dosisdistributie meting uit te voeren en kunnen ook
meer gelijkmatig gemeten dosiswaarden verwacht worden.
45
Het cilindrisch fantoom wordt vervaardigd uit een polystyreen (PS) medium en heeft een diameter
van 6cm (zie figuur18). Belangrijk hierbij is dat het sensitief volume van de kamer zich perfect in het
isocenter van het fantoom bevindt. Hiervoor wordt nog een derde controlerende meting uitgevoerd.
Polystyreen is een thermoplastisch polymeer van het monomeer styreen. Het is een isolatiemateriaal
van petrochemische oorsprong, is waterafstotend en het kan in beperkte hoeveelheid een bepaalde
last dragen.
Figuur 20: Afmetingen polystyreen fantoom.
Net zoals in lucht zal in eerste instantie de richtingsafhankelijkheid van de detector gemeten worden
door de gantry van de lineaire versneller te laten roteren. De gantry zal terug een rotatie uitvoeren in
stappen van 15° en dit uiteraard van 0° tot 360°. Op die manier kunnen precies 24 angulaire
dosissegmenten vergeleken worden met elkaar.
De tweede meting (rotatie van de tafel) is weerom eerder controlerend. In het dwarsvlak van de
lineaire versneller maakt de tafel een roterende beweging van -90° tot +90°. Hierbij wordt dus met
andere woorden de vloeistofgevulde detector roterend verplaatst en mag in principe geen
dosisafhankelijkheid in verschillende segmenten worden waargenomen. Daar het hier enkel en
alleen maar gaat over de controle (op drift en wijziging in dosisdistributie) van de kamer wordt de
meting in segmenten van 30° en slechts twee keer uitgevoerd.
Er wordt ook een derde controlemeting op het cilindrisch fantoom uitgevoerd om betrouwbaarheid
van de gemeten angulaire dosisdistributie te checken. Het polystyreen fantoom ondergaat hierbij
een rotatie van 180° en wordt op omgekeerde positie bestraald. De dosissegmenten van de
opstelling kunnen op die manier perfect vergeleken worden met de gemeten dosiswaarden van de
eerste opstelling.
Alle drie de metingen gebeuren onder standaard condities waarbij de microlion ionisatiekamer zich
tijdens de meting op een afstand van 100 cm van de stralingsbron bevindt. Aan de kamer wordt net
als bij andere opstellingen een nominale spanning van 800V gelegd. De gekozen veldgrootte
bedraagt eveneens de referentie veldgrootte 10x10 cm². Het effect wordt net als in lucht bekeken
voor fotonbundel energieën 6MV en 15MV, telkens bij 200 MU.
Voor het uitlezen van de dosiswaarden wordt beroep gedaan op de TANDEM elektrometer met
Tansoft. Bij de uitvoering van de meting is het terug belangrijk dat de kamer niet mag gaan driften.
Bijgevolg worden hierdoor de herhaaldelijke metingen best gespreid in tijd. Op die manier kan
eventueel aanwezige lekstroom worden gereduceerd en nog reeds aanwezige ladingen (aanwezig in
de iso-octaan vloeistof) worden geëlimineerd. De drift van de ionisatiekamer wordt tijdens de meting
nauwkeurig in de gaten gehouden door na elke segment terug naar de oorspronkelijk nul-toestand te
gaan om de referentie dosiswaarde bij de genormaliseerde hoek van 0° te checken.
3.8.2.1 Opstelling van de kamer in het fantoom
De opstelling en fixatie van het cilindrisch fantoom en de vloeistof gevulde detector gebeurt op een
non-traditionele manier. Door perfecte bemating van het fantoom blijft de detector mooi op plaats.
Het fantoom zelf wordt gefixeerd met behulp van een plank vervaardigd uit isomo (piepschuim). De
plank is voldoende lang zodat deze zich op een acceptabele afstand van de tafel bevindt en zo geen
extra effect van strooistraling optreedt. De eerste en de derde meetopstellingen worden duidelijk
weergegeven op onderstaande figuren.
Figuur 21: Meetopstelling waar cilindrisch fantoom rechtop wordt geplaatst.
47
Figuur 22: Controle meetopstelling waar fantoom een rotatie van 180° in wijzerzin ondergaat.
Tijdens de meting is het belangrijk dat het isocenter van het fantoom perfect samenvalt met het
centrum van het sensitief volume van de detector. Hoe beter deze centra samenvallen, hoe beter er
normaalgezien een circulaire dosisverdeling mag verwacht worden. Elke meting in het fanoom wordt,
net zoals in lucht, driemaal uitgevoerd en vervolgens uitgemiddeld.
3.9 Onderzoek naar fantoom verstrooiingsbijdrage
In deze meting wordt een onderzoek gedaan naar de gevoeligheid van fantoomverstrooiing voor de
vloeistofgevulde PTW Microlion ionisatiekamer. Fantoomverstrooiing kan een belangrijke bijdrage
leveren aan dosis en op die manier zorgen voor wijziging in respons. Er zijn vier verschillende
dosisbijdrages, namelijk:
- primaire dosis (straling geleverd boven de detector)
- head scatter (van de kop van de lineaire versneller)
- lek (interleafs zijn niet ideaal, zie fiche MLCi2 collimator [27])
- fantoomverstrooiing
Het doel van de meting dient om volgende hypothese na te gaan: "Is fantoomscatter de oorzaak van
onderrespons bij grote velden?"
Om dit te analyseren worden drie metingen in het solid slab fantoom uitgevoerd op de
vloeistofgevulde detector en de luchtgevulde PTW Farmer ionisatiekamer. Een eerste meting heet de
composiet meting (zie figuur 23). Hierbij wordt de stralingsbundel ingedeeld in twintig bundelstrips
van telkens 1x20 cm². De multileaf collimator zorgt voor een laterale (links-rechts) beweging van een
enkele 1x20 cm² strip. Op die manier wordt een volledige veldgrootte van 20x20 cm² bedekt. De PTW
Microlion ionisatiekamer bevindt zich in bundelstrip elf om zo de verschillende fantoomverstrooiing
in andere strips te detecteren. Om zeker te zijn een mooie uniforme dosis te kunnen meten wordt de
48
detector op een halve centimeter offset geplaatst van de scheidingslijn tussen twee opeenvolgende
strips. Op die manier zit de kamer niet telkens in twee penumbra regio's te meten.
Figuur 23: Composiet meting (stralingsstrips)
In blauwe stralingsstrook wordt de detector (Farmer/Microlion) geplaatst. De composiet meting zal
worden uitgevoerd voor beide fotonbundelkwaliteiten 6MV en 15MV. Normaliter zal er ook vanuit
de eerste strips een kleine relatieve strooiingsdosis gemeten worden. Eens de stralingsstrip zich
boven de detector bevindt wordt door primaire dosis uiteraard een sterke stijging verwacht die
daarna terug zal afzwakken naarmate de strips zich verder van de detector bevinden. De relatieve
dosissen (van 50 MU per strip) worden met behulp de PTW Tansoft elektrometer cumulatief
opgemeten.
De tweede meting gebeurt voor een 20x20 cm² open veld bij 50 MU. Op zelfde manier wordt de
kamer uiteraard een halve centimeter uit het centrum van het stralingsveld verplaatst. De
ionisatiekamer bevindt zich tijdens de eenmalige bestraling bijna centraal in het open stralingsveld
waardoor in tegenstelling tot voorgaande meting hier geen lek zal optreden. Theoretisch gezien is de
directe straling op het open veld even groot als de directe straling op het composiet veld. Op die
manier kan verwacht worden dat de primaire dosis en head scatter dosisbijdrage lager zullen zijn dan
in de composiet meting en dat de fantoomscatter in principe van gelijke aard zou moeten zijn. Uit
literatuurstudie is trouwens geweten dat head scatter en fantoomscatter gevoelig hoger zijn bij grote
velden vandaar de output factoren ook veel groter zijn vergeleken met output factoren heersend bij
kleine velden (Martens et al.2000 [12]; The Physics of Radiation Therapy 3rd Ed [26]).
Om de gevoeligheid naar fantoomstrooiing te onderzoeken wordt een dosisratio opgesteld van beide finale dosismetingen. De vergelijking gebeurt tussen de vloeistofgevulde Microlion ionisatiekamer en de luchtgevulde Farmer detector. Indien eenzelfde getal voor alle stripbijdragen bekomen wordt voor dezelfde energie, heerst eenzelfde gevoeligheid aan fantoomscatter tussen de twee kamers.
49
De derde meting gebeurt voor een 1x20 cm² open veld bij 50 MU. Beide kamers worden hier centraal
in de stralingstrip gepositioneerd. Op die manier bevindt de stralingsbundel zich net als voorgaande
meting centraal in de strip en zal zich geen lek voordoen. De bijdrage van head scatter zou er ook
gevoelig kleiner moeten zijn, aangezien een klein smal veld bestraald wordt. Op die manier zou
normaalgezien in vergelijking met de composiet meting een drastisch lagere dosis ten gevolge van
geabsorbeerde dosis moeten gemeten worden.
Alle drie de metingen gebeuren in het (solid) slab fantoom (zie figuur 24). De ionisatiekamers worden
telkens op 10 cm diepte geplaatst en bestraald met 50 MU. De SSD bedraagt 100 cm. Het is heel
belangrijk voldoende te nullen bij lek om zo drift te gaan vermijden. De relatieve dosiswaarden
worden uitgelezen met de PTW Tansoft elektrometer.
Figuur 24: Slab fantoom voor het meten van fantoom verstrooiingsbijdrage.
Ter controle van de uitgevoerde metingen wordt een Monte Carlo simulatie gemaakt voor beide
ionisatiekamers.
50
Hoofdstuk 4 Resultaten en discussie
In dit hoofdstuk worden alle bekomen resultaten van de eerder hierboven beschreven metingen en
simulaties onder de loep genomen. Daar de PTW Microlion een recente vloeistofgevulde
ionisatiekamer is zijn nog niet veel metingen uitgevoerd op de kamer en is bijgevolg nog niet veel
terug te vinden over de specifieke beweerde eigenschappen van de kamer. De resultaten van de
meeste metingen uitgevoerd in deze thesis kunnen hierdoor moeilijk vergeleken worden met
gepubliceerde literaire dosiswaardes.
4.1 Resultaten en discussie polariteitmetingen Uit protocol NCS18 is geweten dat voor gasgevulde ionisatiekamers de polariteitcorrectie slechts
enkele procenten (maximaal 5%) mag bedragen. Indien hieraan niet wordt voldaan zal de kamer niet
aanbevolen worden voor referentie dosimetrie.
Daar het protocol echter alleen geldig is voor gasgevulde detectoren kan het al dan niet groot of
minder groot polariteitseffect hierdoor geverifieerd worden. Verwacht wordt dat de correctie
minimaal zal zijn, aangezien het kamervolume van de detector ook gracieus klein is.
Onderstaande tabellen vertonen de uitgelezen relatieve dosiswaarden voor de positieve en
Eens de elektrometer begint met lopen moet er meteen genuld (zeroing) worden. Zo kan stabieler
gemeten worden door de eventueel aanwezige lekstroom te compenseren en de reeds aanwezige
ladingen die nog in de iso-octaan vloeistof aanwezig zijn te elimineren.
Aan de hand van voorgaande verkregen gemiddelden wordt de polarisatiefactor bepaald voor
beide fotonbundelkwaliteiten.
51
Bovenstaande berekeningen tonen aan dat de invloed wat polariteit betreft heel klein (veel minder
dan de toegelaten maximale 5 % polariteitcorrectie) en dezelfde is voor beide energieën. Hieruit kan
duidelijk geconfirmeerd worden dat voor polariteitscorrectie de Microlion ionisatiekamer toegelaten
is voor referentie dosimetrie (althans volgens het protocol NCS18).
Uit een vergelijkende studie (Gutiérrez et al.2008 [20]) waarbij reeds gerelateerde metingen werden
uitgevoerd op de PTW MicroLion ionisatiekamer blijkt tevens dat de bekomen gemeten resultaten
ook overeenstemmen bij dezelfde gehanteerde standaard veld condities. Het verkregen
polariteitseffect bedraagt er tussen de 0,2 en 0,7% wat zeker ook toelaatbaar is voor klinische
referentie dosimetrie.
4.2 Resultaten en discussie saturatie effect
Volgens het NCS18 protocol kan bij gasgevulde ionisatiekamers de correctie op ionenrecombinatie
worden bepaald aan de hand van de uitgelezen relatieve dosiswaarden. De verkregen dosiswaarden
zijn gekoppeld aan de gehanteerde polarisatiespanningen. De spanningen worden zo gekozen
(tegenover de nominale aan te leggen polarisatiespanning van elke individuele kamer) dat de
verhoudingcoëfficiënt tussen gemeten en nominale aangelegde spanning minstens twee is. Voor de
vloeistofgevulde ionisatiekamer betekent dit dus dat maximaal 400V spanning mag worden
aangelegd. Onderstaande tabellen vertonen de uitgelezen relatieve dosiswaarden voor positieve
aangelegde nominale spanningen van 400V, 200V en 100V.
Meting voor +400V :
200 MU Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
6 MV 13.24 0
15 MV 13.39 0 Tabel 7: Resultaten meting bij de helft van de positief nominale spanning.
Meting voor +200V :
200 MU Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
6 MV 10.19 0,01
15 MV 10.3 0 Tabel 8: Resultaten meting bij een vierde van de positief nominale spanning.
Meting voor +100V :
200 MU Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
6 MV 7.56 0,014
15 MV 7.61 0,01 Tabel 9: Resultaten meting bij positieve spanning van 100V.
Net zoals bij voorgaande meting is het belangrijk eens de TANDEM elektrometer begint met lopen er meteen geijkt moet worden. Zo kan stabieler gemeten worden door de eventueel aanwezige lekstroom te verminderen en de reeds aanwezige ladingen die nog in de iso-octaan vloeistof aanwezig zijn te elimineren.
Aan de hand van voorgaande verkregen gemiddelden wordt de saturatie factor bepaalt voor
beide fotonbundelkwaliteiten.
52
De eerste verhouding is
met hierbij de gefitte ratiocoëfficiënten uit figuur14: a0=2,337; a1=-3,363; a2=2,299
De recombinatie factor ksat wordt vervolgens berekend aan de hand van de formule van Weinhaus
and Meli in het NCS18 protocol en dit voor beide fotonbundelkwaliteiten:
De verhouding voor de tweede aangelegde spanning is
met de gefitte ratiocoëfficiënten: a0=1,022; a1=-0,363; a2=0,341
De verhouding voor de derde aangelegde spanning (+100V) zorgt verder ook voor een stijging in
saturatie factoren. Hoe groter de ratioverhouding tussen de aangelegde spanningen, hoe groter het
effect van recombinatie. Het recombinatie effect is dus duidelijk sterk afhankelijk van de aangelegde
bias spanning en zou voor zowel continue als gepulste stralingsbundels hetzelfde moeten zijn
(Gutiérrez et al.2008 [20]). Indien een spanning lager is dan de vooropgestelde nominale
aanlegspanning (+800V) wordt ionenrecombinatie sterk bevorderd. Hetzelfde effect is waar te
nemen bij luchtgevulde detectoren, weliswaar in mindere mate.
Bovenstaande verkregen resultaten vertonen hetzelfde effect als die uit een reeds eerder
uitgevoerde literatuurstudie (Gutiérrez et al. 2008 [20]). In de studie wordt een overeenkomstige
opstelling gebruikt voor de vloeistofgevulde Microlion ionisatiekamer. De kamer bevindt zich op een
referentieafstand van 100 cm van de stralingsbron (= een radio-isotoop van iridium, nl. Ir-192 bron).
De paper (Gutiérrez et al. 2008 [20]) hanteert in plaats van de energetisch gebruikelijke
fotonenbundel van 15MV een nog hoger energetische fotonenbundel van 18MV. Onderstaande
figuur vertoont weliswaar het effect van ion recombinatie waarbij kleinere spanningsverhoudingen
worden gehanteerd.
53
Figuur 25: Illustreert het effect van ionenrecombinatie bij kleine spanningsratio's (Gutiérrez et al. 2008 [20]).
De uitgevoerde studie vertoont duidelijk een stijging in recombinatie effecten bij groter wordende
spanningsverhoudingen. In de bovenste grafiek is te zien dat er geen verschil in saturatie optreedt
wanneer er zowel met continue als met gepulste fotonenbundel gedurende eenzelfde tijdspanne
gestraald wordt.
4.3 Vergelijking van polarisatie en saturatie resultaten met PTW farmer
ionisatiekamer
Om een duidelijke vergelijking tegenover de vloeistofgevulde detector te kunnen maken met het
NCS18 protocol moeten de metingen ook uitgevoerd worden met een luchtgevulde ionisatiekamer.
Aan de waterbestendige PTW Farmer ionisatiekamer wordt echter een half zo grote nominale
spanning aangelegd. Onderstaande tabellen vertonen de uitgelezen relatieve dosiswaarden voor de
positieve en negatieve aangelegde nominale spanning van 400V.
Meting voor +400V:
200 MU Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
6 MV 37.36 0,022
15 MV 37.97 0,031 Tabel 10: Resultaten meting bij positief aangelegde nominale spanning aan de waterbestendige PTW farmer detector
Meting voor -400V (met negatieve uitlezing van de Tansoft software):
Uit deze resultaten blijkt al dat de opgemeten dosiswaarden bij de Farmer detector ongeveer dubbel
zo groot zijn vergeleken met de relatief opgemeten dosiswaarden van de PTW Microlion. Ladingen in
lucht (tegenover vloeistof) worden minder geremd in het sensitief volume, vandaar ook de kleinere
aan te leggen nominale spanningen bij gasgevulde detectoren. De grootte van het sensitief volume
van een ionisatiekamer om ladingen te collecteren speelt hier geen dominante rol. Om degelijke
54
metingen uit te kunnen voeren bij de PTW Microlion is een hogere nominale spanning nodig om over
een voldoende grote ladingscollectie te beschikken.
De polarisatiefactoren ( )voor beide fotonbundelkwaliteiten worden dan:
De hierboven berekende factoren vallen zoals verwacht binnen de toegelaten maximale
polarisatiecorrectie van 5% (volgens protocol NCS18) voor gasgevulde detectoren.
Er is een minimaal (te verwaarlozen) verschil op te merken tussen polarisatie factoren van beide
detectoren. Op de Farmer detector is wat meer correctie nodig. Het verschil is al op te merken
wanneer de uitlezingen van gecollecteerde ladingen gebeuren. De opgemeten dosiswaarden van de
PTW Microlion ionisatiekamer hebben een kleinere standaardafwijking en zijn dus reeds stabieler,
waardoor een kleiner polariteitseffect optreedt.
Om een vergelijking in ion recombinatie effecten te maken wordt (bij dezelfde opstelling) aan de
waterbestendige PTW Farmer ionisatiekamer een biasspanning aangelegd van +200V. Onderstaande
tabel vertoont de relatief gemeten ladingscollectie bij 200V.
200 MU Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
6 MV 35.97 0,042
15 MV 36.54 0,037 Tabel 12: Resultaten meting bij helft van de positief aangelegde nominale spanning (PTW Farmer).
Aan de hand van voorgaande verkregen gemiddelden wordt de saturatie factor bepaald voor
beide fotonbundelkwaliteiten.
De eerste verhouding is
met hierbij de gefitte ratiocoëfficiënten: a0=2,337; a1=-3,636; a2=2,299 (zie figuur 16)
De factor ksat wordt vervolgens berekend volgens het NCS18 aan de hand van de formule van
Weinhaus and Meli voor beide fotonbundelkwaliteiten:
De hierboven berekende factoren van ionenrecombinatie zijn zoals verwacht voor beide
fotonbundelkwaliteiten aanvaardbaar voor referentie dosimetrie. De gefitte ratiocoëfficiënten van
het NCS18 protocol bevinden zich voor de aangegeven nominale spanning in de saturatie regio (zie
figuur 26).
55
Figuur 26: Kalibratiecurve van foton- en elektronbundels voor gasgevulde ionisatiekamers (NCS18)
Vergeleken met de PTW MicroLion is hier duidelijk een groot verschil. Het effect van
ionenrecombinatie is veel groter wanneer een te lage spanning wordt aangelegd aan de detector.
Hieruit kan alvast besloten worden dat het heel belangrijk is om voldoende grote spanning (hoe
dichter bij de nominale 800V, hoe beter) aan de PTW MicroLion aan te leggen indien aanvaardbare
dosissen willen worden bepaald. Voor metingen uitgevoerd met de PTW Microlion ionisatiekamer is
het met andere woorden noodzakelijk te werken met een externe hoge spanningsbron die
voldoende spanning kan genereren om het nadelige effect van recombinatie sterk te reduceren.
4.4 Resultaten en discussie outputfactor meting
Output factoren spelen een belangrijke rol in dosismetingen daar deze een belangrijke indicator zijn
voor aanwezigheid van verstrooiing. Om de dosisinvloed van grote en kleine velden van dichtbij te
bekijken worden daarom outputfactor metingen uitgevoerd. De outputfactoren worden voor de PTW
Microlion en PTW Farmer ionisatiekamer (als referentie) gemeten onder standaard condities.
Onderstaande tabellen zijn outputfactor (OF) tabellen die de relatieve machine output beschrijven
tegenover het standaard 10x10 cm² stralingsveld (het veld waarvoor een normalisatie wordt
doorgevoerd). De OF tabellen worden gemeten voor verschillende veldgroottes in het groot
waterfantoom.
Onderstaande tabel toont de resultaten van de relatieve en genormaliseerde metingen op de PTW
Microlion ionisatiekamer.
56
Veldgrootte [cm x cm]
Q [nC] (6MV)
σ []
Q [nC] (15MV)
σ []
Norm 6MV [] (10 x 10 cm²)
Norm 15MV [] (10 x 10 cm²)
3 x 3 15,43 0,01 15,715 0,022 0,8567 0,8639
5 x 5 16,435 0,014 16,83 0,033 0,9125 0,9252
7 x 7 17,13 0,022 17,43 0,014 0,9511 0,9582
10 x 10 18,01 0,033 18,19 0,022 1 1
15 x 15 18,895 0,014 18,9 0,027 1,0491 1,039
20 x 20 19,525 0,022 19,38 0,033 1,0841 1,0654
25 x 25 19,9 0,037 19,6 0,014 1,1049 1,0775
30 x 30 20,125 0,027 19,825 0,022 1,1174 1,0899
35 x 35 20,26 0,014 19,9275 0,017 1,1249 1,0955
40 x 40 20,335 0,033 19,97 0,014 1,1291 1,0979 Tabel 13: Gemiddeld gemeten output factoren met de PTW Microlion voor verschillende veldgroottes
In volgende tabel worden de meetresultaten voor de PTW waterproof Farmer 30010 ionisatiekamer
weergegeven.
Veldgrootte [cm x cm]
Q [nC] (6MV)
σ []
Q [nC] (15MV)
σ []
Norm 6MV [] (10 x 10 cm²)
Norm 15MV [] (10 x 10 cm²)
3 x 3 30,765 0,022 31,1475 0,01 0,8235 0,8198
5 x 5 33,76 0,033 34,855 0,014 0,9036 0,9174
7 x 7 35,44 0,014 36,375 0,022 0,9486 0,9574
10 x 10 37,36 0,022 37,995 0,033 1 1
15 x 15 39,435 0,027 39,6 0,014 1,0555 1,0422
20 x 20 40,985 0,033 40,7375 0,022 1,097 1,072
25 x 25 41,945 0,014 41,435 0,037 1,123 1,091
30 x 30 42,6975 0,022 41,995 0,027 1,1429 1,1053
35 x 35 43,14 0,017 42,3 0,014 1,1547 1,1133
40 x 40 43,39 0,014 42,475 0,033 1,1614 1,1179 Tabel 14: Gemiddeld gemeten output factoren met de PTW Farmer voor verschillende veldgroottes
De ladingen gemeten door de Farmer zijn dubbel zo groot bij het aanleggen van een half zo grote
spanning (400V i.p.v. de nominale 800V van de Microlion). Ladingen gecollecteerd en gemeten in
lucht (het actief volumemedium van de PTW Farmer detector) worden minder afgeremd vergeleken
met ladingen gedetecteerd via iso-octaan vloeistof aanwezig in de PTW Microlion. Om over een
voldoende hoge ladingsdetectie te beschikken, moet aan de PTW Microlion ionisatiekamer een
gepaste (hogere) nominale spanning aangelegd worden.
57
Onderstaande grafieken geven een vergelijking weer tussen de genormaliseerde meetwaarden van
de PTW Microlion en PTW Farmer detector.
Figuur 27: Vergelijken van genormaliseerde outputfactoren Microlion/Farmer bij 6MV
Figuur 28: Vergelijken van genormaliseerde outputfactoren Microlion/Farmer bij 15MV
Beide grafieken hebben onderling eenzelfde karakteristiek. Zoals gewenst ligt de intersectie tussen
de PTW Farmer en PTW Microlion curve op de genormaliseerde 10x10 cm² veldgrootte. Bij kleine
veldgroottes, die zich voor de intersectie bevinden, liggen de outputfactoren van de PTW Farmer iets
lager dan de PTW Microlion. Hierbij onderschat de PTW Farmer ionisatiekamer de geleverde dosis
tegenover de dosis gedetecteerd door de PTW Microlion. Eens wordt gekeken naar grote velden is
dit effect omgekeerd. De PTW Microlion detector onderschat in deze gebieden de totaal aanwezige
stralingswaarde, wat de PTW Farmer niet doet. Dit effect is te verwachten aangezien uit de
technische literatuur fiche blijkt dat de ionisatiekamer vooral geschikt is voor kleine velden
dosimetrie. Indien de kamer gebruikt wordt voor grotere velden dient rekening gehouden te worden
dat de detector een iets kleinere dosis (dan effectief aanwezig) zal signaleren. Eens dit in gedachte,
kan het gebruik van de Microlion bij grotere velden aanvaard worden als een benaderende
58
dosismeting. Het grote voordeel hierbij is dat de kamer op die manier over een wijd veldbereik
beschikt en zo alle veldparameters praktisch bepaald kunnen worden.
Onderstaande figuren tonen de relatief verkregen ladingen gemeten door beide detectoren bij de
verschillende fotonbundelkwaliteiten.
Figuur 30: Vergelijken van relatieve outputfactoren Microlion bij 6MV en 15MV
Figuur 29: Vergelijken van relatieve outputfactoren Farmer bij 6MV en 15MV
Beide grafieken vertonen een praktisch zelfde karakteristieke vorm met als grootste verschil dat de
hoeveelheid gecollecteerde ladingen voor 200 MU in de farmer nagenoeg precies het dubbel is van
deze verzameld in de Microlion. De intersectie tussen de Farmer en Microlion curve is in kleine mate
verschoven naar rechts bij hoger gemeten ladingsenergie.
Zowel voor de PTW Farmerdetector als de PTW Microlion ionisatiekamer is er een kleine relatieve
dosisonderschatting aanwezig bij het bestralen van kleine veldgroottes voor 6MV. Wanneer een
vierkant stralingsveld groter dan 15x15 cm² wordt gebruikt, vindt er een verticale verschuiving plaats.
Voor deze grotere stralingsvelden met zelfde energie van 6MV is er een kleine overschatting qua
59
relatieve dosis tegenover hogere fotonbundelkwaliteiten. Deze shift bij lage energieën kan te wijten
zijn aan de drie belangrijkste vormen van fotonen interactie, met in het bijzonder aan de
gevoeligheid voor verschillen in foto-elektrische absorptie. Terwijl voor de hogere fotonenergie deze
bij kleine velden gevoeliger is voor elektronisch onevenwicht en meer kan worden afgeremd aan de
hoeken. Op die manier levert de materie een bijdrage die ietwat verschillend is voor de twee
energieën.
Verder kunnen nog kleine meetbare verschillen optreden als gevolg van onzuiverheden (via de
gebruikte connectoren die een lek kunnen impliceren), de duur van de meting als ook de
gevoeligheid aan de drift van de Tansoft (aangezien het herhalingsexperiment hierop toch een
belangrijke invloed heeft).
Zoals verwacht bevestigt de PTW Microlion een goeie detector te zijn voor kleine velden dosimetrie
en wordt de aanwezige dosis voor grotere stralingsvelden wat onderschat. Toch kan de
vloeistofgevulde ionisatiekamer gebruikt worden voor veel verschillende dosismetingen door het feit
dat de detector over een middelgroot veldbereik beschikt.
4.5 Resultaten PDD's
De PDD dosismetingen worden zoals aangegeven in water verricht voor de drie verschillende
ionisatiekamers (PTW Semiflex 30010, PTW PinPoint 3D 31014, PTW Microlion) in functie van de
bestraalde veldgroottes.
Voor eenzelfde energie, namelijk 15MV, wordt hieronder een onderzoek gedaan naar het verschil in
geabsorbeerde dosis tussen beide referentiekamers en de vloeistofgevulde PTW Microlion, dit
uiteraard voor veranderende dieptes en veldgroottes. Om een zo groot mogelijk contrast op te
merken worden de twee kleinste velden (1x1 cm² en 2x2 cm²) vergeleken met de grootste twee
(10x10 cm² en 30x30 cm²). Alle verkregen curves worden steeds genormaliseerd op een diepte van
27 mm daar op deze plaats voor 15MV fotonbundels telkens Dmax optreedt.
Onderstaande vier figuren vertonen telkens de gemeten procentuele maximale dosis in functie van
de diepte van het fantoom. Hierbij wordt een mooie vergelijking gemaakt tussen de aanbevolen
referentie kamer en de te onderzoeken PTW Microlion detector.
60
Figuur 30: PDD vergelijkingscurve voor klein veld (1x1 cm²) bij 15MV
Figuur 31: PDD vergelijkingscurve voor klein veld (2x2 cm²) bij 15MV
61
Figuur 32: PDD vergelijkingscurve voor referentie veld (10x10 cm²) bij 15MV
Figuur 33: PDD vergelijkingscurve voor groot veld (30x30 cm²) bij 15MV
De vier grafieken vertonen een sterk veranderend beeld naargelang veldgrootte en dosisdiepte. In de
eerste grafiek met veldgrootte 1x1 cm² is een sterk gelijklopend verband aanwezig tussen beide
detectoren indien naar geringe dosisdiepte gekeken wordt. Een te verwachten resultaat aangezien
uit literatuurstudie gebleken is dat de PTW PinPoint een sterke referentie is voor kleine velden
62
(Martens et al. 2000 [12]; Das et al. 2008 [16]; Alfonso et al. 2008 [2]). Eens een diepte van 1,5 à 2 cm
bereikt wordt komen beide curves alsmaar verder en verder van elkaar te liggen. Zo zal de PTW
Microlion steeds een iets grotere dosis opmerken voor media dieper gelegen in het waterfantoom.
Eenzelfde fenomeen is op te merken bij stralingsveld 2x2 cm². Op die manier kan gesteld worden dat
de ionisatiekamer bij hele kleine velden een lichte overrespons weergeeft voor dieper gelegen
media.
In de onderste twee grafieken wordt in plaats van de PTW PinPoint 3D 31014 de PTW Semiflex 30010
gehanteerd daar deze nauwkeuriger en preciezer is voor semigrote en grote velden. Opmerkelijk
hierbij is het sterk veranderende karakter van de PTW Microlion. De vloeistofgevulde detector zal
niet langer grotere dosissen detecteren in dieper gelegen media. Er treedt bij groter wordende
velden een kleine onderrespons op. Hoe groter de te bestralen veldgrootte, hoe sterker de
onderrespons van de kamer.
Het dosisverschil tussen de variërende veldgroottes kan duidelijker worden weergegeven aan de
hand van gesimuleerde fitting functies en curves. Elk onderling verschil in percent maximale dosis
tussen referentie detector en Microlion wordt door lineaire regressie bepaald. Dit voor alle gemeten
veldgroottes bij zowel 6MV als 15MV. Om eenzelfde vergelijking te maken wordt gekozen om de
fittingfuncties te bepalen op een diepte van 30 cm. De keuze om de functies op 30 cm te
onderzoeken komt van de redenering dat de meeste diepst gelegen waterfantoom metingen op deze
diepte gebeuren en daar grote verschillen tussen beide curves kunnen verwacht worden (verst weg
van de genormaliseerde Dmax dosiswaarde). Voor elk verschil in geabsorbeerde dosis heersend bij alle
veldgroottes wordt een vergelijkende functie opgesteld. Deze functies worden voorgesteld in
onderstaande tabellen.
6MV
Veldgrootte[mm x mm] Gefitte functie y=f(x) Verschil op een diepte y=f(x=300mm )
10x10 y=-0,0074x-0,2793 -2,4993
20x20 y=-0,0024x-0,1154 -0,8354
30x30 y=-0,0031x-0,2621 -1,1921
40x40 y=-0,003x+0,0669 -0,0231
50x50 y=-0,005x-0,0995 -0,2495
100x100 y=-0,0114+1,0871 0,7451
300x300 y=-0,0019x-0,5278 -0,5848
Tabel 15: Gefitte functies die absolute dosis verschillen weergeven in functie van de verschillende veldgroottes bij 6MV
15MV
Veldgrootte[mm x mm] Gefitte functie f(y) Verschil op een diepte y=f(x=300mm )
10x10 y=-0,0113x+0,2129 -3,1771
20x20 y=-0,0063x+0,0241 -1,8659
30x30 y=-0,0078x+0,8408 -1,4992
40x40 y=-0,0081x+0,6244 -1,8056
50x50 y=-0,0094x+0,864 -1,956
100x100 y=-0,0038+0,1143 -1,0257
300x300 y=-0,0036x+0,6553 -0,4247 Tabel 16: Gefitte functies die absolute dosis verschillen weergeven in functie van de verschillende veldgroottes bij 15MV
63
Deze berekende fitting parameters geven het absoluut verschil weer tussen beide PDD curves en
kunnen worden voorgesteld in functie van de verschillende veldgroottes op vaste diepte 30cm. Om
een benaderende functie weer te geven van deze grafiek wordt een logaritmische kromme gefit voor
beide fotonbundelkwaliteiten (zie figuren 35 en 36).
Figuur 34: Absoluut dosisverschil tussen referentiekamers en microlion i.f.v. de veldgroottes bij 15MV en 30cm diepte.
Figuur 35: Absoluut dosisverschil tussen referentiekamers en microlion i.f.v. de veldgroottes bij 6MV en 30cm diepte
Zoals reeds werd aangegeven en hier ook duidelijker op beide grafieken te zien is, bevindt het grootste absoluut verschil in procentuele dosis (met diepte 30 cm) zich vooral bij de kleinere velden (1x1; 2x2; 3x3 en 4x4 cm²). Het negatieve absoluut verschil duidt hier op de gemeten overrespons (tegenover de PTW PinPoint) die vooral aanwezig blijkt te zijn bij kleine velden. Eens de curve zich verder manifesteert richting grotere velden zien we bij lagere fotonenbundels een ommekeer. Daar heerst een positief absoluut verschil dat duidt op lichte onderrespons van de kamer vergeleken met de PTW Semiflex referentiekamer. Dit fenomeen was te verwachten daar de PTW Microlion in zijn technische fiche wordt voorgesteld als ideale detector voor kleine stralingsvelden.
64
4.6 Resultaten dwarsprofielmetingen Om de invloed van de penumbra en het schoudereffect voor verschillende veldgroottes bij de PTW Microlion detector optimaal te analyseren worden dwarsprofielmetingen uitgevoerd. De dwarsprofielmetingen gebeuren op verschillende diepte bij meerdere veldgroottes aanbevolen door Elekta medical systems. Onderstaande grafiek vertoont vier gemeten microlion dwarsprofielen op aangegeven diepte voor 6MV met veldgrootte 2x2 cm².
Figuur 36: Dwarsprofiel voor Microlion met een 6MV-bundel, 2x2cm² op dieptes van 1,5 cm tot en met 20 cm.
Wanneer overlapping optreedt zoals in de onderste regio's van de penumbra's is het moeilijk een
nauwkeurige conclusie te trekken. Om een duidelijke dosisvergelijking te maken voor de
verschillende veldgroottes tussen de PTW PinPoint/PTW Semiflex tegenover de PTW Microlion moet
een keuze gemaakt worden voor de diepte van de op te meten dosisprofielen. Hiervoor raden
verschillende stralingsfysici 10 cm aan daar deze vaak als genormaliseerde waarde genomen wordt.
Volgende grafiek presenteert twee aan elkaar geverifieerde dosisprofielen beide gemeten op diepte
10 cm.
65
Figuur 37: Vergelijking dwarsprofielen Microlion vs. PinPoint, 15MV-bundel, 2x2cm² op een diepte van 10 cm.
Beide genormaliseerde curven vertonen een sterk gelijklopend verloop. De overgangsteilheid in de
penumbra regio's verschillen ietwat met elkaar. Het dosis dwarsprofiel van de PTW PinPoint
ionisatiekamer zal zich eerder in de grenzen van het stralingsveld bevinden. De penumbra regio is er
groter dan die van de PTW Microlion ionisatiekamer. Dit kan er op wijzen dat de PTW PinPoint in
kleine mate gevoeliger is voor de zijwaartse strooistraling die er aanwezig zal zijn.
Om een klare kijk te hebben op het afwijkende gedrag van de referentiekamers tegenover de
microlion is er een errorratio berekend en dit over het volledige verloop voor de vergelijkende
dosisprofielen. Hierbij wordt gekozen om de verschillen na te gaan voor zowel kleine en grote velden
als voor de verschillende fotonbundelkwaliteiten. Voor het kleine stralingsveld wordt voor 3x3 cm²
geopteerd, terwijl als groot veld 10x10 cm² genomen wordt. Onderstaande twee grafieken vertonen
een procentueel ratio verschil tussen beide detectoren voor het klein 3x3 cm² stralingsveld bij 6MV
en 15MV.
66
Figuur 38: Ratio vergelijking dwarsprofielen Microlion vs. PinPoint, 6MV-bundel, 3x3cm² op een diepte van 10 cm.
Figuur 39: Ratio vergelijking dwarsprofielen Microlion vs. PinPoint, 15MV-bundel, 3x3cm² op een diepte van 10 cm.
67
Beide bovenstaande grafieken vertonen zoals verwacht hun grootste procentuele verschillen in de
penumbra regio's. Uiteraard zal er nooit een verschil optreden op maximale dosis daar op deze
positie de profielen aan elkaar genormaliseerd worden.
De dwarsprofielen zijn als reeds aangegeven en nu ook bevestigd in de praktijk nooit helemaal vlak.
Hierbij is het voldoende als het dwarsprofiel een voldoende afgevlakte plateau bezit. De procentuele
afwijking van de dosis op 10 mm van de centrale as, ten opzichte van de dosis op de as bedraagt er
een vergelijkingsratio minder dan 4% op de diepte van de maximale dosis. Voor beide grafieken is dit
het geval en beschikken de curven met andere woorden over een voldoende afgevlakte plateau.
Het schoudereffect voor beide energieën is gelijkaardig net als de overcompensatie aan de rand van
beide dosisprofielen, terwijl het effect van de penumbra voor beide curven ietwat meer afwijkt bij
dalende energie. De errorratio bij 6MV overstijgt een relatief procentueel verschil van 10% in het
penumbra gedeelte. De vloeistofgevulde PTW Microlion ionisatiekamer vertoont bij lagere energieën
een kleinere penumbra regio vergeleken met de luchtgevulde PTW PinPoint detector. De stijging in
penumbrale afstand voor de luchtgevulde ionisatiekamer zal te wijten zijn aan de grotere
gevoeligheid van zijwaartse strooistraling.
Eenzelfde vergelijking wordt gemaakt in onderstaande twee grafieken die op identieke manier een
procentueel ratio verschil presenteren tussen beide detectoren, maar nu voor een groot 10x10 cm²
stralingsveld.
Figuur 40: Ratio vergelijking dwarsprofielen Microlion vs. Semiflex, 6MV-bundel, 10x10cm² op een diepte van 10 cm.
68
Figuur 41: Ratio vergelijking dwarsprofielen Microlion vs. Semiflex, 6MV-bundel, 10x10cm² op een diepte van 10 cm.
Bovenstaande 10x10 cm² grafieken vertonen op zelfde wijze zoals verwacht hun grootste
procentuele verschillen in de penumbra regio's.
Ook hier is de procentuele afwijking van de dosis op 10mm van de centrale as, ten opzichte van de
dosis op de as minder dan 4% op de diepte van de maximale dosis en kunnen de curven aanzien
worden als voldoende vlak.
Het schoudereffect voor beide energieën is niet langer gelijkaardig als voor kleine velden. Er heerst
een verschillende overgang in steilheid aan de schouders waarbij de penumbra regio van de PTW
Semiflex ionisatiekamer minder vlug wordt doorlopen. De richtingscoëfficiënt is er voor beide
energieën veel minder scherp vergeleken met de PTW Microlion. Hoewel er een uitschieter is van net
20% (relatief) ratioverschil in de penumbra regio voor 15MV stralingsbundels is het absoluut
gemiddelde ratioverschil voor 6MV terug groter in beide regio's. Hieruit kan gesteld worden (net als
de grafiek ook toont) dat de vloeistofgevulde PTW Microlion ionisatiekamer bij lagere energieën
scherper en kleinere penumbra regio opmeet vergeleken met de luchtgevulde PTW Semiflex
ionisatiekamer. De stijging in penumbrale afstand voor deze halfgrote luchtgevulde ionisatiekamer
kan net als bij de PTW PinPoint te wijten zijn aan de grotere gevoeligheid van lucht aan zijwaartse
strooistraling of aan het feit dat het sensitief volume van de PTW Microlion ionisatiekamer kleiner is
en/of beter gepositioneerd staat, in de richting van de meting, vergeleken met het actief volume van
de PTW Semiflex.
69
4.7 Resultaten kleine MU test voor PTW microlion en PTW farmer Om het effect te bestuderen wordt de relatieve actuele dosis verkregen door in één tijd een bepaald
aantal monitor units (MU) te leveren. De actuele dosis wordt hierbij vergeleken met de stapsgewijze
verkregen dosis. Door in een verschillend aantal stappen te stralen wordt een duidelijk verloop
geschetst qua dosis. Het is van belang dat het klein aantal gegeven MU kan beschouwd worden als
stabiel en betrouwbaar voor het verkrijgen van correcte ladingsmetingen. Ter controle op de
bekomen resultaten wordt daarom een maximale afwijking van maximum 2% toegestaan tegenover
het procentueel gemiddelde. Onderstaande tabellen geeft het gemiddeld gemeten resultaat weer
voor de luchtgevulde PTW Farmer ionisatiekamer bij 6MV.
Resultaten voor de gemeten actuele ladingen bij 20 MU.
6MV Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
20 MU 3,0934 0,011 Tabel 17: Relatieve meetresultaten bij dosislevering van 20MU in 1 stap (PTW Farmer bij 6MV)
Gemiddeld wordt een relatieve dosiswaarde van 3,0934 nC gemeten.
Vervolgens de gefractioneerde relatieve dosiswaarden in stappen van 2 MU.
10 x 2 MU Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
2 0.31292 0,012
4 0.62142 0,017
6 0.92914 0,015
8 1.2382 0,017
10 1.548 0,013
12 1.8564 0,014
14 2.1656 0,015
16 2.4746 0,013
18 2.7799 0,014
20 3.09 0,014 Tabel 18: Relatieve meetresultaten bij dosislevering van 20MU in 10 stappen (PTW Farmer bij 6MV)
De gemiddeld verkregen stapsgewijze relatieve dosiswaarde ligt iets lager dan de eerder opgemeten
actuele. Hier is een dominant effect van ladingsverlies aanwezig. Telkens een volgende meting wordt
uitgevoerd is er een klein relatief ladingsverlies van om en bij 0,03 nC. Hierbij zou kunnen gedacht
worden aan het feit dat lucht aanwezig in de kamer minder lang (in vergelijking met vloeistofgevulde
ionisatiekamers) zijn lading kan bijhouden waardoor er telkens een lek optreedt tussen elke
opgemeten stralingsstap.
Onderstaande tabellen geeft het gemiddeld gemeten resultaat weer voor de gasgevulde PTW Farmer
ionisatiekamer bij 15MV.
Resultaten voor de gemeten actuele lading bij 20 MU.
15MV Gemiddelde [nC] Standaardafwijking[]
20 MU 3.1378 0,013 Tabel 19: Relatieve meetresultaten bij dosislevering van 20MU in 1 stap (PTW Farmer bij 15MV)
Gemiddeld wordt een relatieve dosiswaarde van 3,1378 nC gemeten.
70
Vervolgens de gefractioneerde dosiswaarden in stappen van 2 MU.
10 x 2 MU Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
2 0.3216 0,014
4 0.6388 0,015
6 0.957 0,014
8 1.277 0,013
10 1.5952 0,015
12 1.9144 0,014
14 2.23332 0,015
16 2.5508 0,016
18 2.868 0,018
20 3.1866 0,017 Tabel 20: Relatieve meetresultaten bij dosislevering van 20MU in 10 stappen (PTW Farmer bij 15MV)
De tabel toont een overschatte waarde van de eerder actuele opgemeten relatieve dosiswaarde.
Indien dus met andere woorden in fracties zal worden bestraald is er een verhoogde lading meetbaar
die de luchtgevulde detector opvangt. Deze is echter heel klein en bedraagt zo'n 1,53%.
Dezelfde metingen worden vervolgens uitgevoerd met de Microlion ionisatiekamer. Er kan hierbij
verwacht worden dat de procentuele afwijking groter zal zijn aangezien vloeistofgevulde detectoren
de gecollecteerde ladingen langer bijhouden en een grotere opstapeling zal zijn van ladingen.
Onderstaande tabellen geven de gemiddeld gemeten resultaten weer met hun standaardafwijkingen
voor de vloeistofgevulde PTW Microlion ionisatiekamer bij 6MV.
Hieronder wordt de gemiddeld gemeten actuele lading voor 20 MU weergegeven.
15MV Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
20 MU 1.493 0,018 Tabel 21: Relatieve meetresultaten bij dosislevering van 20MU in 1 stap (PTW Microlion bij 6MV)
Gemiddeld wordt een relatieve dosiswaarde van 1,493 nC gemeten.
Vervolgens de gefractioneerde dosiswaarden in stappen van 2 MU.
10 x 2 MU Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
2 0.1505 0,012
4 0.3058 0,014
6 0.4591 0,014
8 0.614 0,013
10 0.7675 0,014
12 0.9234 0,015
14 1.078 0,014
16 1.234 0,015
18 1.389 0,015
20 1.547 0,016 Tabel 22: Relatieve meetresultaten bij dosislevering van 20MU in 10 stappen (PTW Microlion bij 6MV)
De gemiddelde relatieve dosis bij het geven van 20 MU in één keer levert een waarde van 1,493 nC.
Indien voor eenzelfde tijdspan van totaal 20 MU de meting wordt uitgevoerd in tien fracties stijgt de
ladingsdosis. Het procentueel verschil bedraagt hierbij 3,5%.
71
In vergelijking met de PTW Farmer (waar zelfs een daling wordt waargenomen) blijft in de PTW
Microlion nog altijd een kleine hoeveelheid lading aanwezig van voorgaande straling. Logisch,
aangezien hier in hele korte tijdsintervallen gestraald en gemeten wordt en de vloeistof iso-octaan
langer passerende ladingsdragers aan zich bindt vergeleken met lucht. Door aanwezigheid van die
belangrijke vloeistofeigenschap en het optredend postradiatie effect (een kleine hoeveelheid
achtergebleven stralingsdeeltjes in het actief volume van de ionisatiekamer kort na de bestraling) is
de procentuele overschatting van 3,5% tegenover de actuele dosis een te verwachten resultaat. Het
postradiatie effect is afhankelijk van de duur van de opeenvolgende metingen (wat zo nauwkeurig
mogelijk en gelijk moet zijn voor alle fracties) en van de gevoeligheid aan de drift van de Tansoft.
Onderstaande tabellen geven de gemiddeld gemeten resultaten weer voor de vloeistofgevulde PTW
Microlion ionisatiekamer bij 15MV.
Resultaten voor de gemeten actuele lading voor 20 MU.
15MV Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
20 MU 1.503 0,014 Tabel 23: Relatieve meetresultaten bij dosislevering van 20 MU in 1 stap (PTW Microlion bij 15MV)
Hierbij wordt een relatieve actuele dosiswaarde van 1,503 nC gemeten.
Vervolgens de gefractioneerde dosiswaarden in stappen van 2 MU.
10 x 20 MU
Gemiddelde [nC] Standaardafwijking []
20 0.1548 0,012
40 0.3127 0,013
60 0.4705 0,014
80 0.628 0,013
100 0.7848 0,014
120 0.9434 0,014
140 1.1 0,016
160 1.258 0,015
180 1.416 0,014
200 1.574 0,016 Tabel 24: Relatieve meetresultaten bij dosislevering van 20MU in 10 stappen (PTW Microlion bij 15MV)
Net zoals bij 6MV is hier een overschatting van relatieve dosis aanwezig. De grootte hiervan is
gestegen (in vergelijking met 6MV) tot namelijk 4,72%. Een te verwachten resultaat aangezien bij
hogere energieën meer ladingen worden vrijgelaten en dus het postradiatie effect alleen maar groter
is.
72
4.8 Resultaten hoekafhankelijkheidsmeting
Het meten van de hoekafhankelijkheid van een ionisatiekamer is van belang om de
detectorefficiëntie in elk segment te bepalen. Zoals eerder besproken worden in deze thesis twee
hoekafhankelijkheidsmetingen uitgevoerd. De eerste gebeurt in lucht, terwijl voor de tweede een
speciaal cilindrisch polystyreen fantoom wordt gemaakt. In de volgende twee paragrafen worden de
resultaten weergegeven en besproken.
4.8.1 Resultaten in lucht
In het eerst onderzoek zal de hoekafhankelijkheid van de detector gemeten worden door de gantry
van de lineaire versneller te laten roteren van 0° tot 360°, inclusief in de 180°-zone waar de
kabelaansluiting van de detector aanwezig is. In die laatstgenoemde zone wordt een kleine wijziging
in respons verwacht. De gantry rotatie wordt uitgevoerd in stappen van 15° zodat precies 24
angulaire dosissegmenten kunnen worden vergeleken met elkaar.
Volgende tabel geeft de relatieve gemeten waarden terug voor 6MV fotonbundels waarbij de gantry
een volledige cirkel beschrijft. In de laatste kolom zijn de genormaliseerde dosiswaarden terug te
vinden om een duidelijke angulaire dosisdistributie weer te kunnen geven.
345 - - - Tabel 26: Relatieve gemeten angulaire dosiswaarden bij 15MV voor de PTW MicroLion in lucht.
Net als bij de eerste tabel worden de overeenkomstig gelegen segmenten in zelfde kleur geplaatst en
is terug een normalisatie doorgevoerd bij standaard positie van de gantry. Hier is het grootste
procentueel verschil tussen de symmetrische segmenten iets groter, namelijk 4%. Dit kan te wijten
zijn aan het stralen met een hogere fotonbundelkwaliteit (15MV). De sterker energetische bundel
kan ervoor zorgen dat (in klein mate) een grotere attenuatie optreedt in het materiaal waardoor het
effect van diezelfde bundel ietwat meer zal afwijken. Ook het feit dat de kamer niet helemaal perfect
in het isocenter staat kan een invloed hebben op deze deviaties.
In beide voorgaande tabellen is een duidelijke zelfde angulaire verschuiving in dosisdistributie waar
te nemen. Het effect van de verstrooide elektronen contaminatie in lucht is dus met andere woorden
niet afhankelijk van de energie. De verschuiving in dosis is zoals verwacht naar de onderste
74
segmenten toe, waar het dus met andere woorden moeilijker is en vooral langer duurt (wegens het
omringend detectormateriaal) om het actief volume van de Microlion ionisatiekamer te bereiken.
De gemiddelde meetwaarden van de beide bundelenergieën verschillen tamelijk sterk. Bij
genormaliseerde starttoestand met 15MV stralingsbundels (gantryhoek 0°) is aan het
detectoroppervlak een veel minder grote dosis aanwezig vergeleken met 6MV stralingsbundels. Een
logische verklaring hiervoor is het feit dat voor beide fotonbundelkwaliteiten een sterk verschil in
build-up voor beide PDD-curves aanwezig is. Hoe groter de energie van de stralingsbundels hoe
langer de build-up van de curve duurt. Vandaar dat bij hogere fotonbundelkwaliteiten het groter
build-up bereik eerder en dus ook lager in relatieve dosiswaarde begint.
De grootste invloed voor beide energetische stralingsbundels is terug te vinden in onderste vier
segmenten van de circulaire gantry rotatie, dit deels door de praktische opstelling van de meting. De
bestraling van de ionisatiekamer gebeurt in deze segmentregio's als het ware voor een klein gedeelte
doorheen de constructie van de tafel. Dit samen met de aanwezigheid van de detectorkabel zorgt
ervoor dat nog een extra verschuiving in dosisdistributie optreedt. De grootste reden van deze
verschuiving in de onderste segmenten is te wijten aan het build-up effect van de detector. Ook de
stralingsbundels worden niet gehanteerd volgens de kalibratie voorwaarden van de kamer (Physics
of Radiation Therapy, 3rd Ed. [35]). Vooraleer de stralingsbundels het sensitief volume bereiken,
worden deze sterk verstrooid aan het detectormateriaal. Door de verschillende meetrichtingen kan
het materiaal zich niet altijd perfect symmetrisch rond het sensitief volume van de kamer bevinden.
De stralingsdeeltjes zullen in verschillende richtingen meer verstrooien waardoor het sensitief
volume in deze richtingen een grotere directe en indirecte dosisdistributie ontvangt. Op die manier is
een veel grotere dosis meetbaar in verschillende segmenten van de vloeistofgevulde ionisatiekamer
die overigens over geen build-up cap beschikt.
Volgende figuur die de angulaire dosisdistributie voor beide fotonbundelkwaliteiten voorstelt maakt
dit duidelijk.
75
Figuur 42: Angulaire dosisdistributie in lucht voor PTW MicroLion bij 6MV en 15MV
Zoals reeds vermeld en duidelijk aantoonbaar in de tabellen met meetresultaten vindt er een angulaire dosisverschuiving plaats. Hoe meer naar onder toe, hoe groter de procentuele verschillen. De geplotte figuur is voor verscheiden segmenten een gefitte benadering tussen twee gemeten segmentwaarden. Op die manier kan een volledige dosisdistributie voorgesteld worden. De fitting gebeurde door uitmiddeling en symmetrische spiegeling van reeds opgemeten dosiswaarden. De tweede meting is ter controle van drift en voor het verkrijgen van een eenduidige dosisdistributie op positie bij nuldoorgang. De tafel maakt als reeds aangegeven een semi circulaire roterende beweging van -90° tot +90° in het dwarsvlak van de lineaire versneller. De MicroLion wordt dus met andere woorden roterend verplaatst in eenzelfde vlak waardoor een minimale gemeten hoekafhankelijkheid aanwezig zou mogen zijn. Daar het hier enkel en alleen maar gaat over de controle van de kamer wordt de meting in segmenten van 30° en slechts twee keer uitgevoerd.
Volgende tabel geeft de relatieve gemeten dosiswaarden terug voor 6MV fotonen stralingsbundels waarbij de tafel en niet de gantry een halve circulaire beweging beschrijft.
De resultaten van de metingen komen mooi overeen met de verwachtingen. De PTW Microlion ionisatiekamer draait in hetzelfde vlak van het stralingsveld en kan dus onmogelijk afhankelijk zijn van de stralingsrichting. Deze metingen werden ongeveer 2 uur na voorgaande roterende gantry metingen uitgevoerd. Hieruit blijkt dat de gemeten dosiswaarden van de tweede meting niet veel verschillen met de dosiswaarden gemeten op nul-doorgang, wat wil zeggen dat de kamer tijdens het uitvoeren van de metingen niet onderhevig was aan elektronendrift.
4.8.2 Resultaten in fantoom
De resultaten van de gemeten angulaire dosisafhankelijkheden in lucht leveren zoals verwacht een
niet gelijkmatige dosisdistributie. Het cilindrisch fantoom moet zorgen voor een meer egale
dosismeting met de ionisatiekamer daar deze over een perfect homogene structuur bezit.
De gantry rotatiemeting zal op dezelfde manier fotonenbundels op de detector vrijlaten, maar zullen
in tegenstelling tot in vrije lucht nu even sterk in elke angulair segment worden afgezwakt.
Volgende tabel geeft de relatieve gemeten waarden terug voor 6MV fotonen stralingsbundels
waarbij de gantry een volledige cirkel beschrijft.
De resultaatwaarden van de meting komen overeen met wat verwacht werd. Zoals bij de tweede
meting in lucht draait de PTW Microlion ionisatiekamer in hetzelfde vlak van het stralingsveld,
waardoor zelfde meetresultaten bekomen worden. Deze metingen werden zoals vermeld ongeveer 2
uur na voorgaande roterende gantry metingen uitgevoerd, wat wil zeggen dat de kamer tijdens het
uitvoeren van de metingen niet onderhevig was aan elektronendrift.
De derde controlerende meting op het cilindrisch fantoom wordt uitgevoerd om de betrouwbaarheid
van de gemeten angulaire dosisdistributie te checken. Het fantoom ondergaat hierbij een rotatie van
180° en wordt op omgekeerde positie bestraald. Op die manier kunnen de bestraalde
dosissegmenten van deze opstelling perfect vergeleken worden met de gemeten dosiswaarden van
de eerste opstelling. Volgende twee tabellen geven de relatieve gemeten dosiswaarden terug voor
6MV en 15MV.
Hoek [°] Gemiddelde [] Standaardafwijking []
30 (210) 17,9766 0,018
150 (330) 18,4167 0,014
210 (30) 17,273 0,022
330 (150) 18,2033 0,018 Tabel 33: Relatief gemeten angulaire dosiswaarden voor PTW MicroLion bij 6MV en 180° fantoomrotatie
80
Hoek [°] Gemiddelde [] Standaardafwijking []
30 (210) 16,82 0
150 (330) 17,2266 0,01
210(30) 17,2867 0,014
330 (150) 18,2033 0,014 Tabel 34: Relatief gemeten angulaire dosiswaarden voor PTW MicroLion bij 15MV en 180° fantoomrotatie
In beide tabellen wordt in de eerste kolom telkens de overeenkomstige hoek van de standaard
meting weergegeven. De verkregen in wijzerzin geroteerde segmentresultaten komen in het
algemeen goed overeen met de eerder opgemeten dosiswaarden uit tabellen 27 en 28. Dit impliceert
dat de set up en de symmetrie van het fantoom (daar deze over 180° geroteerd werd) zeker
betrouwbaar zijn. Telkens zal met andere woorden evenveel fantoommaterie worden doorkruist
vooraleer het isocenter van het sensitief volume dosis registreert.
4.9 Resultaten fantoom verstrooiingsbijdrage In de eerste meting naar het onderzoek van fantoomverstrooiing wordt een composiet meting
uitgevoerd. De relatieve dosiswaarden worden cumulatief gemeten zodat een volledige
dosisweergave mogelijk is in functie van de doorlopen bundelstrips. Op die manier kan een duidelijke
vergelijking gemaakt worden tussen de verschillende dosisbijdragen.
Onderstaande tabel vertoont de gemeten relatieve dosissen voor de PTW vloeistofgevulde Microlion
ionisatiekamer.
PTW Microlion Relatieve dosis [] (6MV)
Dosis per strip [] (6MV)
Relatieve dosis [] (15MV)
Dosis per strip [] (15MV)
Strip 1 10,9 10,9 6,6 6,6
Strip 2 28,0 17,1 14,4 7,8
Strip 3 47,1 19,1 23,6 9,2
Strip 4 69,2 22,1 38,1 14,5
Strip 5 95,2 26 52,1 14
Strip 6 130,2 35 70,5 18,4
Strip 7 177,4 47,2 95,6 25,1
Strip 8 248,2 70,8 134,5 38,9
Strip 9 375,3 127,1 212,5 78
Strip 10 728,9 353,6 533 320,5
Strip 11 3595 2866,1 3294 2761
Strip 12 3739 144 3697 403
Strip 13 3812 73 3781 84
Strip 14 3859 47 3823 42
Strip 15 3894 35 3849 26
Strip 16 3922 28 3867 18
Strip 17 3945 23 3882 15
Strip 18 3964 19 3894 12
Strip 19 3980 16 3906 12
Strip 20 3995 15 3911 5 Tabel 35: Relatief gemeten ladingsdosissen voor composiet meting (Microlion 6MV en 15MV)
Voor de PTW luchtgevulde Farmer ionisatiekamer wordt precies dezelfde meting doorlopen.
Onderstaande tabel presenteert de gemeten relatieve dosiswaarden.
81
PTW Farmer Relatieve dosis [] (6MV)
Dosis per strip [] (6MV)
Relatieve dosis [] (15MV)
Dosis per strip [] (15MV)
Strip 1 26,6 26,6 17,1 17,1
Strip 2 46,6 20 36,9 19,8
Strip 3 76,5 29,9 59,8 22,9
Strip 4 113,5 37 87,8 28
Strip 5 160,2 46,7 122,2 34,4
Strip 6 221,2 61 166,6 44,4
Strip 7 304,1 82,9 227,1 60,5
Strip 8 426,8 122,7 321,9 94,8
Strip 9 638,8 212 527,9 206
Strip 10 1793 1154,2 1750 1222,1
Strip 11 7166 5373 6941 5191
Strip 12 7855 689 7816 875
Strip 13 8042 187 7993 177
Strip 14 8157 115 8081 88
Strip 15 8234 77 8139 58
Strip 16 8292 58 8181 42
Strip 17 8336 44 8214 33
Strip 18 8372 36 8241 27
Strip 19 8401 29 8264 23
Strip 20 8426 25 8283 19 Tabel 36: Relatief gemeten ladingsdosissen voor composiet meting (Farmer 6MV en 15MV)
De totaal geaccumuleerde dosiswaarden worden cursief weergegeven.
In beide tabellen is duidelijk te zien dat de relatieve dosissen bij 15MV steeds kleiner zijn vergeleken
met deze bij 6MV. Het opgemeten dosisverschil tussen beide fotonbundelkwaliteiten voor zowel de
vloeistof- als luchtgevulde ionisatiekamer is er telkens klein.
Om de respons op fantoomscatter te analyseren worden in beide bovenstaande tabellen de dosissen
per strip bepaald en weergegeven in kolommen drie en vijf.
De grootst gedetecteerde dosisbijdrage bevindt zich zoals verwacht in strip 11 (positie van de
ionisatiekamer). Hoe verder weg van de detector, hoe kleiner de opgemeten dosis. Een te
verwachten resultaat aangezien de fantoomscatterdosis almaar afneemt in functie van de afstand tot
de detector. De vloeistofgevulde PTW MicroLion ionisatiekamer detecteert in strip 11 een grotere
hoeveelheid dosis (tegenover de totaal geaccumuleerde dosis) vergeleken met de luchtgevulde PTW
Farmer ionisatiekamer. De MicroLion heeft daar minder last van onderrespons op fantoomscatter en
is er minder gevoelig vergeleken met de Farmer detector.
De tweede meting in open 20x20 cm² veld gebeurt onder zelfde voorwaarden voor beide detectoren. Onderstaande tabellen vertonen voor de PTW Microlion en PTW Farmer de gemeten dosiswaarden.
Uit deze tabel is duidelijk te zien dat de luchtgevulde PTW farmer ionisatiekamer (vergeleken met de
vloeistofgevulde Microlion detector bij eenzelfde aantal gegeven MU) een minder grote primaire
dosisbijdrage uitleest. Dit impliceert dat de vloeistofgevulde Microlion minder gevoelig is voor
fantoom verstrooiingsbijdragen.
Om deze resultaten te bevestigen en te controleren wordt een Monte Carlo simulatie gemaakt voor
beide opstellingen met zowel de Microlion als Farmer ionisatiekamer (zie figuur 47). De simulatie
gebeurt niet volgens het volledige gouden standaard MC procedure, maar via XVMC++ waarbij beide
kamers een sterke vereenvoudiging ondergaan. Hierbij wordt enkele rekening gehouden met de
grootte van het sensitief volume en de densiteit (van lucht tegenover water). Alle andere aspecten
83
(bv. geometrie van het actief volume) zijn niet in rekening gebracht. De representatie van het
sensitief volume van de PTW Farmer ionisatiekamer wordt met behulp van CT acquisitie verkregen
(zie figuur 46). Dit volume wordt in simulatie overgebracht naar het isocenter van het polystyreen
fantoom. Voor optimale nauwkeurigheid van simulatie wordt een grid spacing (voxelgrootte) met
telkens lengte afstand 3mm gebruikt net als de gehanteerde CT slice dikte. De relatief gesimuleerde
ladingsdosissen zijn uiteraard van andere grootorde en eenheid daar in het algoritmisch software
programma Monaco verschillende convertor factoren worden gehanteerd.
Figuur 44: CT-beeld van de waterbestendige PTW farmer ionisatiekamer
Figuur 45: Gesimuleerde meetopstelling voor PTW farmer en PTW microlion bij 6MV
84
Figuur 46: Gesimuleerde dosis distributie in 1 enkele strip van het composietveld met het effectieve meetpunt van de detector een halve cm uit het isocenter bij 6MV (met SSD 100 cm)
In eerste instantie worden hieronder de gesimuleerde Monte Carlo dosiswaarden voor de PTW Microlion bij composiet meting weergegeven.
20 x 20 cm² 0,546 0,534 Tabel 44: Gesimuleerde dosiswaarden voor een 20x20cm² open veld meting (Farmer 6MV en 15MV)
Ook hier liggen de gesimuleerde waarden dicht bij elkaar. De ratio (van de composiet tegenover de open veld meting) wordt eveneens terug bij verschillende fotonbundelkwaliteiten bepaald en voor beide detectoren met elkaar vergeleken.
Ratio 6MV 15MV
Microlion 0,905 0,925
Farmer 0,901 0,925 Tabel 45: Dosisratio composiet meting/ de 20x20cm² open veld meting
86
De ratioverschillen zijn zoals verwacht voor zelfde fotonbundelkwaliteiten praktisch te verwaarlozen
(wat niet wil zeggen dat de simulatie niet in staat is om de lagere gevoeligheid van de PTW MicroLion
voor fantoomscatter aan te tonen, zie tabel 47). Zowel voor vloeistofgevulde Microlion als de
luchtgevulde Farmer kamer wordt praktisch eenzelfde getal weergegeven. Dit impliceert dat voor
beide simulaties voor dezelfde energie, eenzelfde gevoeligheid aan fantoomscatter heerst
Het gesimuleerde verschil tussen primaire en fantoom dosisbijdrage kan terug worden weergegeven
aan de hand van de primaire dosisratio voor beide detectoren.
Kamer niet direct toepasbaar volgens NCS18 protocol. Waarschijnlijk is het saturatie gebied van de PTW MicroLion te klein (~50-100 V).
Output factor 3 à 5% overrespons bij kleine velden en 4% onderrespons voor grote velden (vergeleken met de PTW Farmer)
Kleine velden vergelijkbaar met PTW PinPoint 3D kamer, hoge nauwkeurigheid. Toepasbaar voor output factor metingen.
Percentage diepte dosis curve Vergelijkbaar met de PTW PinPoint en PTW Semiflex resultaten.
Toepasbaar voor PDD metingen.
Dwarsprofielmetingen Kleinere penumbra vergeleken met PTW PinPoint of PTW Semiflex.
Toepasbaar voor PDD metingen.
MU test 3,5% / 4,7% overrespons Bij de Farmer kamer liggen deze veel lager, namelijk 0,1% en 1,5%. Toepasbaar met aandacht voor metingen met kleine MU.
Hoekafhankelijkheid in lucht Tussen 100-300% Asymmetrische meting in lucht waardoor de verstrooiingsbijdrage sterk verschillend is in de gemeten cirkelsegmenten. Niet toepasbaar voor metingen zonder build-up.
Hoekafhankelijkheid in fantoom Tussen 98-101,5% Heel lage hoekafhankelijkheid bij meting in symmetrisch polystyreen fantoom. Toepasbaar voor patiënt QA metingen.
90
Fantoom verstrooiingsbijdrage Het verschil in fantoomverstrooiing tussen MicroLion en Farmer is < 1%. Exacte resultaat van fantoomverstrooiing wordt niet weergegeven.
Praktisch even groot in bijdrage (ook voor MC simulatie); Is veldgrootte afhankelijk. Toepasbaar voor patiënt QA metingen.
Tabel 49: Algemeen besluit van verschillende testen op de PTW MicroLion ionisatiekamer
Uit al deze resultaten kan gesteld worden dat de PTW MicroLion ionisatiekamer voldoet aan de eisen
om gebruikt te worden voor basismetingen in de radiotherapie. De lage hoekafhankelijkheid bij
verschillende invalsrichting van de stralingsbundel, de kleine MU's en fantoom verstrooiingsbijdrage
bevestigt de toepasbaarheid van de PTW MicroLion voor specifieke patiënten QA metingen. Het
gebruik van de PTW MicroLion kamer voor kalibratie doeleinden kan haalbaar zijn in de toekomst,
indien specifieke kalibratie-protocollen beschikbaar worden en de praktische problemen van het
[2] R. Alfonso, P. Andreo, R. Capote and S. Vatnitsky, M. Saiful Huq; A new formalism for reference dosimetry of small and nonstandard fields; Med. Phys. 35, 5179 (2008);
[3] Xu Z, Walsh SE, Telivala TP, Meek AG, Yang G, Evaluation of the eclipse electron Monte Carlo dose calculation for small fields, Med Phys.10(3):2834, (2009)
[4] Leal A, Sanchez-Doblado F, Arrans R, Capote R, Lagares JI, Pavon EC and Rosell J; MLC leaf width impact on the clinical dose distribution: a Monte Carlo approach; Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 59 1548-1559 (2004)
[5] O. N. Markand, V. Salanova, R. Worth, H.-M. Park, H. N. Wellman, Comparative study of
interictal PET and ictal SPECT in complex partial seizures; Acta Neurologica Scandinavica,
Volume 95, Issue 3, pages 129–136, (1997)
[6] I Chauvet, A Petitfils, C Lehobey, J Y Kristner, Y Brunet, R Lembrez, G Gaboriaud, A Mazal, S
Zefkili and J C Rosenwald, I Chauvet et al 2005; The sliding slit test for dynamic IMRT: a useful
tool for adjustment of MLC related parameters; Phys. Med. Biol. 50 563 (2005)
[7] Shirato H, Shimizu S, Kunieda T, Kitamura K, van Herk M, Kagei K, Nishioka T, Hashimoto S, Fujita K, Aoyama H, Tsuchiya K, Kudo K, Miyasaka K; Physical aspects of a real-time tumor-tracking system for gated radiotherapy Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 48 1187-95 (2000).
[8] Reiff JE, Huq MS, Mohiuddin M, Suntharalingam N; Dosimetric properties of megavoltage
grid therapy; International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics[33(4):937-42]
(1995)
[9] Mark H et al. 1950; Clinical experience with irradiation through a grid; Radiology 58 338-342 [10] L Leksell; Stereotactic radiosurgery; J Neurol Neurosurg Psychiatry;46:797-803 (1983)
[11] Ma CM and Nahum AE; Bragg-Gray theory and ion chamber dosimetry for photon beams; Phys. Med. Biol. 36 413-428 (1991)
[12] Martens C, De Wagter C and De Neve W; The value of the PinPoint ion chamber for characterization of small field segments used in intensity{modulated radiotherapy; Phys. Med. Biol. 45 2519-2530 (2000)
[13] Wickman G and Nystrom H, The use of liquids in ionization chambers for high precision
[15] Wickman G 1974a A liquid ionization chamber with high spatial resolution Phys. Med. Biol. 19 66-72 (1974)
[16] Das IJ, Ding GX and Ahnesjo, Small fields: Nonequilibrium radiation dosimetry, Med. Phys.,
35 206-15 (2008)
[17] McKerracher C and Thwaites DI; Assessment of new small field detectors against standard field detectors for practical stereotactic beam data acquisition; Phys. Med. Biol. 44 2143- 2160 (1999)
[18] Pedro Andreo, M Saiful Huq, Mathias Westermark, Haijun Song, Aris Tilikidis, Larry
DeWerd and Ken Shortt; Protocols for the dosimetry of high-energy photon and electron
beams: a comparison of the IAEA TRS-398 and previous international Codes of Practice Phys.
Med. Biol. 47 (2006)
[19] Technische Fiche Elekta Services; Elektra Synergy, Stockholm Zweden (2007)
Characterization of a MicroLion Liquid Ionization Chamber ,Medical Physics vol. 37 issue 6 p.
3264 (2008)
[21] Kron T, Van Dyk J; Dose measuring tools The modern technology of radiation oncology ed. (Madison . Wisconsin: Medical Physics Publishing) p 753-821 (1999)
[22] IAEA 2007 Dosimetry and Medical Radiation Physics pdf www.naweb.iaea.org/nahu/dmrp/pdf�_les.pdf; (2007)
[31] Wickman G, Johansson B, Bahar-Gogani J, Holmstrom T and Grindborg J, Liquid ionization
chambers for absorbed dose measurements in water at low dose rates and intermediate
photon energies, Med. Phys. 25 900-7 (1998)
[32] Indra J. Das, George X. Ding, Anders Ahnesjö; Small fields: Nonequilibrium radiation dosimetry; Med. Phys. 35, 206 (2008)
[33] Attix F H 1986 Introduction to radiological physics and radiation dosimetry (New York . Chichester . Brisbane . Toronto - Singapore: John Wiley & Sons), (1986)
[34] Dutreix A, Bjärngard B E, Bridier A, Mijnheer B, Shaw J E, Svensson H Monitor unit calculation for high energy photon beams (Leuven . Apeldoorn: Garant), (1997) [35] Galvin J M, Smith A R, Lally B; Characterization of a multileaf collimator system Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 25 181-92; (1993)
[36] Johansson B, Wickman G; General collection efficiency for liquid isooctane and tetramethylsilane used as sensitive media in a parallel-plate ionization chamber; Phys. Med. Biol. 42 133-45 (1997)
[37] Khan F M The fysics of radiation therapy (Baltimore . Hong Kong . London . Sydney: Williams & Wilkins); (1984)
[38] Mattsson O, Svensson H, Wickman G, Domen S R, Pruitt J S, Loevinger R; Absorbed dose in water: Comparison of several methods using a liquid ionization chamber Acta Oncol 29 235- 40 (1990)
[38] Rustgi S N; Evaluation of the dosimetric characteristics of a diamond detector for photon beam measurements; Med. Phys. 22 567-70 (1995)
[39] McKerracher C and Thwaites D I; Assessment of new small-field detectors against standard- field detectors for practical stereotactic beam data acquisition; Phys. Med. Biol. 44 2143–60 (1999)
[40] Galvin J M et al 1992; Evaluation of multileaf collimator design for a photon beam Int. J.
Radiat. Oncol. Biol. Phys. 23 789–801 (1992)
[41] Chui C-S, LoSasso T and Spirou S; Dose calculation for photon beams with intensity modulation generated by dynamic jaw or multileaf collimations Med. Phys. 21 1237–44 (1994)
[42] Brahme A.; Optimization of stationary and moving beam radiation therapy techniques.; Radiother Oncol 12:129–140 (1988)
[43] Jemal A, Siegal R, Ward E, Murray T, Xu J and Thun MJ 2007; Cancer statistics, 2007 CA Cancer J. Clin. 57 43-66 (2007)
[44] Ries LAG, Melbert D, Krapcho M et al. 2007 SEER Cancer Statistics Review, 1975-2004, National Cancer Institute, Bethesda (2007)
94
[45] Brown JM and Koong AC ; High-dose Single-fraction radiotherapy: exploiting a new biology?; Int. J. Rad. Onc. Biol. Phys.324 (2008)
[46] Meeks S, Bova F, Friedman W, Buatti J, Moore R and Mendenhall W.; IrLED-based patient localisation for linac radiosurgery Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 41 433-439 (1998)
[47] Perks J, Gao M, Smith V, Skubic S and Goetsch S.; Glass rod detectors for small field, stereotactic radiosurgery dosimetric audit; Med. Phys. 32 726-32 (2005)
[48] Almond PR, Biggs PJ, Coursey BM, Hanson WF, Huq MS, Nath R and Rogers; AAPM Task Group 51: Protocol for clinical reference dosimetry of high-energy photon and electron beams; Med. Phys. 26 1847-70 (1999)
[49] Andreo P, Burns D T, Hohlfeld K, Huq M S, Kanai T, Laitano F, Smyth V G and Vynckier S.; Absorbed dose determination in external beam radiotherapy: An international Code of Practice for dosimetry based on standards of absorbed dose to water IAEA Technical Report Series 398 IAEA, Vienna (2000)
[50] Bruggmoser G, Saum R, Schmachtenberg A, Schmid F and Schüle E; Determination of the recombination correction factor ks for some specific plane-parallel and cylindrical ionization chambers in pulsed photon and electron beams; Phys. Med. Biol. 52 N35-N50 (2007)
[51] Kawrakow et al.2006; On the effective point of measurement in megavoltage photon beams Med. Phys. 33 1829-1839 (2006)
[52] Ma CM and Nahum AE; Effect of size and composition of the central electrode on the response of cylindical ionization chambers in high-energy photon and electron beams; Phys. Med. Biol. 38 267-290 (1993)
[53] McEwen MR, Kawrakow I and Ross CK; The effective point of measurement of ionization chambers and the build-up anomaly in MV x-ray beams Med. Phys. 35 950-958 (2008)
[54] Wickman G 1974b Radiation quality independent liquid ionization chamber for dosimetry of electron radiation from medical accelerators Actua. Radiol. 13 37-48 (1974)
[55] Buckley LA and Rogers; Wall correction factors, Pwall, for thimble ionization chambers Med. Phys. 33 455-464 (2006)
[56] Duggan DM and Coffey CW; Small photon field dosimetry for stereotactic radiosurgery Med. Dosim. 23 153-159 (1998)
[57] Laub WU and Wong T; The volume effect of detectors in the dosimetry of small fields used in IMRT; Med. Phys. 30 341-536 (2003)
95
Lijst van figuren
Figuur 1: IMRT simulatie behandelplan voor prostaatkanker ................................................................. 6
Figuur 2: Langsdoorsnede actief volume (links); Specifieke afmetingen PTW Microlion
Figuur 26: Kalibratiecurve van foton- en elektronbundels voor gasgevulde ionisatiekamers (NCS18) 55
Figuur 27: Vergelijken van genormaliseerde outputfactoren Microlion/Farmer bij 6MV .................... 57
Figuur 28: Vergelijken van genormaliseerde outputfactoren Microlion/Farmer bij 15MV .................. 57
Figuur 29: Vergelijken van relatieve outputfactoren Farmer bij 6MV en 15MV ................................... 58
Figuur 30: PDD vergelijkingscurve voor klein veld (1x1 cm²) bij 15MV ................................................. 60
Figuur 31: PDD vergelijkingscurve voor klein veld (2x2 cm²) bij 15MV ................................................. 60
Figuur 32: PDD vergelijkingscurve voor referentie veld (10x10 cm²) bij 15MV ..................................... 61
Figuur 33: PDD vergelijkingscurve voor groot veld (30x30 cm²) bij 15MV ............................................ 61
Figuur 34: Absoluut dosisverschil tussen referentiekamers en microlion i.f.v. de veldgroottes bij
15MV en 30cm diepte. ........................................................................................................................... 63
96
Figuur 35: Absoluut dosisverschil tussen referentiekamers en microlion i.f.v. de veldgroottes bij 6MV
en 30cm diepte ...................................................................................................................................... 63
Figuur 36: Dwarsprofiel voor Microlion met een 6MV-bundel, 2x2cm² op dieptes van 1,5 cm tot en
met 20 cm. ............................................................................................................................................. 64
Figuur 37: Vergelijking dwarsprofielen Microlion vs. PinPoint, 15MV-bundel, 2x2cm² op een diepte
van 10 cm. .............................................................................................................................................. 65
Figuur 38: Ratio vergelijking dwarsprofielen Microlion vs. PinPoint, 6MV-bundel, 3x3cm² op een
diepte van 10 cm. ................................................................................................................................... 66
Figuur 39: Ratio vergelijking dwarsprofielen Microlion vs. PinPoint, 15MV-bundel, 3x3cm² op een
diepte van 10 cm. ................................................................................................................................... 66
Figuur 40: Ratio vergelijking dwarsprofielen Microlion vs. Semiflex, 6MV-bundel, 10x10cm² op een
diepte van 10 cm. ................................................................................................................................... 67
Figuur 41: Ratio vergelijking dwarsprofielen Microlion vs. Semiflex, 6MV-bundel, 10x10cm² op een
diepte van 10 cm. ................................................................................................................................... 68
Figuur 42: Angulaire dosisdistributie in lucht voor PTW MicroLion bij 6MV en 15MV ......................... 75
Figuur 43: Angulaire dosisdistributie in cilindrisch fantoom voor 6MV en 15MV ................................. 78
Figuur 44: CT-beeld van de waterbestendige PTW farmer ionisatiekamer ........................................... 83
Figuur 45: Gesimuleerde meetopstelling voor PTW farmer en PTW microlion bij 6MV ....................... 83
Figuur 46: Gesimuleerde dosis distributie in 1 enkele strip van het composietveld met het effectieve
meetpunt van de detector een halve cm uit het isocenter bij 6MV (met SSD 100 cm) ........................ 84
Tabel 47: : Gemeten en gesimuleerde dosiswaarden voor een 1x20cm² veld meting (PTW Microlion
6MV en 15MV) ....................................................................................................................................... 86
Tabel 48: Gemeten en gesimuleerde dosiswaarden voor een 1x20cm² veld meting (PTW Farmer 6MV
en 15MV)................................................................................................................................................ 86
Tabel 49: Algemeen besluit van verschillende testen op de PTW MicroLion ionisatiekamer ............... 90