Δοσιμετρία διεπιφανειών στην ακτινοθεραπεία

Abstract

PurposeThe purpose of this study was to quantify the dose perturbation in a low atomic number tissue, before an interface of high atomic number and density material, during irradiation with high energy photons.Materials and MethodsA Plexiglas phantom was used as well as inhomogeneities made of aluminum, copper, lead and steel. Dose measurements were carried out using radiochromic films (HD-810 and MD-55, ISP manufactured). Irradiations were performed in a Co-60 unit and a 6 MV linear accelerator. The dosimetric characteristics of films were studied and compared for doses up to 500 Gy in water using the hp scanjet 4570c series digital flatbed scanner. As a measure of the absorbed dose perturbation into a material of low atomic number, in the presence of high atomic number inhomogeneities at the entrance point of the beam, the quantity Backscatter Dose Factor (BSDF) was used. ResultsThe dependence of OD on the absorbed dose in water, for both film types, was described by a 2nd order polynomial function (transmission method); the dependence of the readings for the reflection pixels was adjusted with logarithmic curves. The dynamic dose range of the reflection method is larger than that of the transmission method for the red component. In addition, measurements of doses lower than 16.9 Gy are more accurate if the reflection method is used. The use of all three color components allows for the extension of the dynamic range of MD-55 films to doses up to at least 500 Gy. Additionally, it was found that approximetaly 25 minutes are required for the scanner to stabilize in order to provide reliable readings when the transmission mode was used. It was also found that if the time interval between irradiation and measurement is greater than 4 days then it is essential to apply dose-dependent correction factors.It was found that BSDF: a) varies with the square root of the atomic number of the inhomogeneity, b) increases as the thickness of the inhomogeneity increases (up to a saturation thickness), c) decreases by increasing photon energy at short distances from the interface, d) decreases by increasing the angle of irradiation, e) can be considered practically independent of the depth at which the inhomogeneity is placed (with the condition that the placing depth is greater than the build-up for each energy) and f) depends on photon field size only in small fields close to a Pb inhomogeneity at short distances from the interface.ConclusionsTwo alternative simple, low cost and accurate reading methodologies of radiochromic films were developed and employed using a document scanner. Empirical equations where derived, which correlate BSDF with the irradiation conditions and could be used to improve the dose distribution calculations in teletherapy when a high atomic number inhomogeneity is found in the beam path.

ΣκοπόςΣκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η ποσοτικοποίηση της διαταραχής της δόσης που απορροφάται σε ένα υλικό μικρού ατομικού αριθμού, πριν από διεπιφάνειά του με υλικό υψηλού ατομικού αριθμού και πυκνότητας, κατά την ακτινοβόλησή του με φωτόνια υψηλής ενέργειας.Υλικά και ΜέθοδοιΧρησιμοποιήθηκε ομοιογενές ομοίωμα από πλάκες πλεξιγκλάς με ανομοιογένειες από αλουμίνιο, χαλκό, και μόλυβδο καθώς και ραδιοχρωμικά φιλμ τύπου HD-810 και MD-55, κατασκευής ISP. Οι ακτινοβολήσεις έγιναν σε μονάδα τηλεθεραπείας Co-60 και επιταχυντή 6 MV. Μελετήθηκαν και συγκρίθηκαν τα δοσιμετρικά χαρακτηριστικά στο νερό φιλμ τύπου MD-55 και HD-810 για δόσεις έως 500 Gy μετρώντας με έγχρωμο σαρωτή εγγράφων (hp scanjet 4570c series digital flatbed scanner). Ως μέτρο της διαταραχής της κατανομής της απορροφούμενης δόσης σε ένα υλικό μικρού ατομικού αριθμού υπό την παρουσία ανομοιογενειών υψηλού ατομικού αριθμού στην περιοχή εισόδου της δέσμης στην ανομοιογένεια, χρησιμοποιήθηκε ο παράγοντας διαταραχής δόσης λόγω οπισθοσκέδασης BSDF (Backscatter Dose Factor). Μελετήθηκε η εξάρτηση του BSDF από μία σειρά παραγόντων. ΑποτελέσματαΗ εξάρτηση της οπτικής πυκνότητας των φιλμ, από την απορροφούμενη δόση στο νερό περιγράφηκε και για τα δυο είδη φιλμ με πολυωνυμικές συναρτήσεις 2ου βαθμού (τεχνική διέλευσης), ενώ των ενδείξεων των εικονοστοιχείων ανάκλασης S με λογαριθμικές συναρτήσεις. Το εύρος της δυναμικής περιοχής δόσεων της τεχνικής ανάκλασης είναι μεγαλύτερο αυτού της τεχνικής διέλευσης όταν χρησιμοποιείται η κόκκινη συνιστώσα. Επιπλέον βρέθηκε ότι οι μετρήσεις δόσεων μικρότερων των 16.9 Gy είναι περισσότερο ακριβείς με την εφαρμογή της τεχνικής της ανάκλασης. Η ανάλυση της εικόνας στις τρεις χρωματικές συνιστώσες, επέτρεψε την επέκταση της δυναμικής περιοχής μετρήσεων των φιλμ τύπου MD-55 τουλάχιστον ως 500 Gy. Επιπρόσθετα, διαπιστώθηκε ότι απαιτούνται περί τα 25 λεπτά για τη σταθεροποίηση των ενδείξεων του σαρωτή εγγράφων όταν γίνονται μετρήσεις διέλευσης. Βρέθηκε ακόμα ότι στην περίπτωση που το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ ακτινοβόλησης και μέτρησης των φιλμ είναι μεγαλύτερο των 4 ημερών, είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν δοσοεξαρτώμενοι διορθωτικοί παράγοντες. Βρέθηκε ότι ο BDSF: α) μεταβάλλεται ανάλογα με την τετραγωνική ρίζα του ατομικού αριθμού της ανομοιογένειας, β) αυξάνεται με αύξηση του πάχους της ανομοιογένειας (μέχρι το πάχος κορεσμού), γ) μειώνεται με αύξηση της ενέργειας φωτονίων σε μικρές αποστάσεις από τη διεπιφάνεια, δ) μειώνεται με αύξηση της γωνίας ακτινοβόλησης, ε) μπορεί να θεωρηθεί πρακτικά ανεξάρτητος του βάθους τοποθέτησης της ανομοιογένειας (με την προϋπόθεση ότι το βάθος τοποθέτησης είναι μεγαλύτερο από το βάθος ανοικοδόμησης) και στ) εξαρτάται από το μέγεθος του πεδίου ακτινοβολίας μόνο σε μικρά πεδία με ανομοιογένεια από Pb και μικρές αποστάσεις από την διεπιφάνεια.ΣυμπεράσματαΑναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν δυο εναλλακτικές απλές, οικονομικές και ακριβείς μεθοδολογίες μέτρησης των ραδιοχρωμικών φιλμ με τη χρήση σαρωτή εγγράφων. Οι εμπειρικές σχέσεις που βρέθηκαν και συσχετίζουν τον BSDF με τις συνθήκες ακτινοβόλησης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ώστε να βελτιωθούν οι υπολογισμοί κατανομής της απορροφούμενης δόσης στην τηλεθεραπεία, όταν στην πορεία της δέσμης απαντάται ανομοιογένεια μεγάλου ατομικού αριθμού.