In vivo dosimetry to radiotherapy and radiology patient for error determination

Abstract

In this thesis Thermoluminescence Dosimeters (TLD) used in diagnostic, interventional radiology and radiotherapy were studied in terms of dose measurement, optimisation and radiation risk reduction for patients and staff. The presented work has two main parts: in vivo dosimetry in high energy photon beams used in radiotherapy treatments and in vivo dosimetry in low energy photon beams used in interventional radiology. The first part, intends to evaluate the feasibility of different Buildup caps materials (Copper, Aluminum, Stainless steel and Plexiglas) on the onset of supralinearity and also evaluates the accuracy obtained, measuring the entrance during head and neck, abdomen and pelvic radiotherapy. Pripheral doses (skin and thyroid) were measured during breast treatment. TLD-100 was used with different copper build up caps for 6 MV and 15 MV photon beams from two linear accelerators. The perturbation value can reach up to 20% of the dmax, which acts as a limitation for entrance dose measurements. An average thyroid skin dose of 3.7% of the prescribed dose was measured per treatment session while the mean skin dose breast treatment session is estimated to be 42% of dmax, for both internal and external fields. These results are comparable in those of the in vivo of reported in literature. The risk of fatality due to thyroid cancer per treatment course is 3x10-3. The largest spread in ratios of measured and calculated entrance doses can be found for breast cancer patients. The second part concerning medical radiology. Radiation doses were measured for frequent procedures and considered as gold standard techniques for some sensitive groups. These procedures include Micturating cystourethrography (MCU), Hysterosalpingography (HSG) and Endoscopic retrograde cholangiopancreatography (ERCP). TLD-100 and TLD-200 were used to measure patients and staff doses, respectively for their valuable characteristics. TLDs were packed on a thin envelope made of transparent plastic foil. The examiners were performing the investigations with a protocol that is designed to minimize patient and examiner dose. A total of 242 patients were investigated. The mean ESD were 1.13, 3.60 and 68.75 mGy for MCU, HSG and ERCP, respectively. Generally, the risk of cancer is ranges between 10-6 and 10 -7. Considerable variations were observed among patient populations in terms of radiation dose, and fluoroscopic time. These variations are due to the different indications, patient characteristics and pathological findings. The data analysed in this work showed our doses to be lower by approximately 50% to 300% compared to the lower mean values presented in the literature. As a general conclusion, the work of this thesis produced the following results: Calibration protocols for TLDs in high and low energies photon beams Protocols for in vivo dose verification to patients treated with radiotherapy Protocols for the determination of Diagnostic Dose Reference Levels (DRLs) that are applied in clinical practice in the interventional radiology procedures studied. The TLD dose verification protocol is now part of the QA procedure at the Radiotherapy Department of the University Hospital of Larissa.

Σε αυτήν την διατριβής δοσίμετρα θερμοφωταύγεια (TLD) χρησιμοποιήθηκαν για την δοσιμέτρηση, στη διαγνωστική ακτινολογία και την ακτινοθεραπεία. Μελετήθηκαν από την άποψη της μείωσης του ακτινικού κινδύνου και της βελτιστοποίησης οι δόσεις ακτινοβολίας δόσεων σε ασθενείς και προσωπικό. Η εργασία έχει δύο κύρια μέρη: 1) in vivo δοσιμετρία στις υψηλές ενέργειες φωτονίων που χρησιμοποιούνται στην ακτινοθεραπεία και 2) in vivo δοσιμετρία στις χαμηλές ενέργειες φωτονίων (ακτίνες x) που χρησιμοποιούνται στην ακτινολογία Το πρώτο μέρος, σκοπεύει να αξιολογήσει τη δυνατότητα χρησιμοποίησης διαφορετικών υλικών (χαλκός, αργίλιο, ανοξείδωτος χάλυβας και Plexiglas) με βάση την αρχή της υπεργραμμικότητας, όπως επίσης να αξιολογήσει την ακρίβεια, στην μετρηση της δόσης είσοδου κατά τη διάρκεια του εγκεφάλου και λαιμού, της κοιλίας και στην ακτινοθεραπεία της περιοχής της πυέλου. Οι περιφερειακές δόσεις (σε δέρμα και θυροειδής) μετρήθηκαν κατά τη διάρκεια της θεραπείας του μαστού. TLDs-100 χρησιμοποιήθηκαν μέσα σε διαφορετικά καλύμματα χαλκού για ενέργειες φωτονίων 6 και 15 MV σε δύο γραμμικούς επιταχυντές. Η διαταραχής μπορεί να φθάσει σε μέχρι 20% του μεγίστου, το οποίο δρά ως περιορισμός για τις μετρήσεις δόσεων εισόδων. Η μέση δόση εισόδου του θυρεοειδή ήταν 3,7% της θεραπευτικής δόση ανά συνεδρία και ενώ η μέση δόση εισόδου στους μαστούς υπολογίσθηκε να είναι για να είναι 42% του μεγίστου, και για τα δύο πεδία ακτινοβόλησης (εσωτερικό και εξωτερικό). Τα αποτελέσματα είναι συγκρίσιμα με εκείνα που υπάρχουν στην βιβλιογραφία. Ο κίνδυνος μοιραίου περιστατικού λόγω του καρκίνου θυροειδή ανά συνεδρία είναι 3x10-3. Το μεγαλύτερο εύρος των μετρούμενων και των υπολογισμένων δόσεων βρίσκεται για τους ασθενείς με καρκίνο του μαστού. Το δεύτερο μέρος σχετικά με την ακτινολογία. Οι δόσεις ακτινοβολίας μετρήθηκαν για τις συχνές εξετάσεις και θεωρήθηκαν ως τεχνικές χρυσών προτύπων για μερικές ευαίσθητες ομάδες πληθυσμού. Οι διαδικασίες περιλαμβάνουν Την ανιούσα κυστεογραφία (MCU), την σαλπιγγογραφία (HSG) και το ενδοσκοπική οπισθοδρομική χολανγγειογραφία (ERCP). TLDs-100 και TLDs-200 χρησιμοποιήθηκαν για να μετρήσουν τις δόσεις των ασθενών αλλά και του προσωπικού αντίστοιχα, λόγω των πολύτιμων χαρακτηριστικών τους. Τα TLDs συσκευάστηκαν σε έναν λεπτό φάκελο φιαγμένο από διαφανές πλαστικό φύλλο. Οι εξεταστές εκτελούσαν τις εξετάσεις βάση ενός πρωτόκολλου που σχεδιάστηκε για να ελαχιστοποιήσει τη δόση των ασθενών και των εξεταστών. Συνολικά 242 ασθενείς δοσιμετρήθηκαν. Η μέση τιμή της δόσης εισόδου (ESD) ήταν 1,13, 3,60 και 68,75 mGy αντίστοιχα για τις εξετάσεις MCU, HSG και ERCP, αντίστοιχα. Γενικά, ο κίνδυνος καρκίνου κυμαινόταν μεταξύ 10-6 και 10-7. Ιδιαίτερες μεταβολές παρατηρήθηκαν μεταξύ των ασθενών από την άποψη της δόσης ακτινοβολίας, και του χρόνου ακτινοσκόπησης. Αυτές οι μεταβολές οφείλονται στις διαφορετικές ενδείξεις, τα χαρακτηριστικά των εξεταζόμενων και τα παθολογικά συμπεράσματα. Τα στοιχεία που αναλύθηκαν σε αυτήν την εργασία παρουσίασαν ότι οι δόσεις μας είναι χαμηλότερες κατά περίπου 50% ως 300% έναντι των χαμηλότερων μέσων τιμών που παρουσιάστηκαν στη βιβλιογραφία. Σαν γενικό συμπέρασμα, η εργασία αυτής της διατριβής παρήγαγε τα ακόλουθα αποτελέσματα: Πρωτόκολλα βαθμολόγησης των TLDs στις υψηλές και χαμηλές ενέργειες φωτονίων Πρωτόκολλα για την in vivo επαλήθευση των δόσεων στους ασθενείς που υποβάλλονται σε ακτινοθεραπεία Πρωτόκολλα για τον προσδιορισμό διαγνωστικών επιπέδων αναφοράς δόσεων (DRLs) που εφαρμόζονται στην κλινική πρακτική στις εξετάσεις της ακτινολογίας. Το πρωτόκολλο επαλήθευσης δόσεων με την χρήση των TLDs είναι μέρος της διαδικασίας του ποιοτικού ελέγχου του τμήματος ακτινοθεραπείας του πανεπιστημιακού νοσοκομείου της Λάρισας.