| Abstract | Accurate small photon field dosimetry is critical for the effectiveness and outcome of the
treatment in radiation oncology. Small photon field dosimetry refers to the determination of
an absorbed dose in a photon beam whose size is smaller than 3 cm ∙ 3 cm. It is complex due
to the finite size of the detector, loss of lateral charged particle equilibrium, and perturbation
of secondary electron fluence by the detector. Absorbed dose distributions of a small photon
field with nominal field sizes of 16 mm, 8 mm, or 4 mm delivered by Gamma Knife is
characterised by a large dose gradient and an ellipsoidal shape. This work aims to
experimentally determine detector-specific field output correction factors and measurement
uncertainties in such small photon fields for different detectors commonly used for dosimetry
of small Co-60 beams delivered by a Gamma Knife. Detector-specific correction factors of
active detectors are determined by dividing field output factors of Monte Carlo calculated and
EBT3 film measured values with values of active detectors. In addition, volume averaging
correction factors and their contribution to a detector-specific field output correction factor
were determined. This has been done by the simulation of the detector’s geometry and
position within the ellipsoid absorbed dose model and integration over the detector’s volume.
Finally, dose profiles were measured in non-reference geometry. An analysis of measured
profiles was performed, and detectors appropriate for such dose profile measurements are
recommended. |
| Abstract (english) | Dozimetrija malih polja obuhvaća određivanje apsorbirane doze u uskim snopovima fotona
veličine manje od 3×3 cm2. Raspodjele apsorbirane doze snopova Co-60 Gamma Knife uređaja
karakterizirane su velikim gradijentom doze i elipsoidnim oblikom nominalnih veličina: 16, 8
ili 4 mm. Dozimetrija malih polja je složena zbog veličine detektora, narušenih uvjeta bočne
elektronske ravnoteže i utjecaja detektora na tok sekundarnih elektrona. Cilj rada je
eksperimentalno odrediti izlazne faktora polja, njihove korekcije u odnosu na referentne
vrijednosti kao i odrediti mjerne nepouzdanosti za različite vrste i tipove detektora. Dodatno
su određeni korekcijski faktori na volumno usrednjavanja za različite detektore te njihov
doprinos u ukupnoj korekciji. To je učinjeno simulacijom geometrije i položaja detektora
unutar elipsoidnog modela raspodjele doze. Također, izmjereni su profili doza gama noža
različitim detektorima te su uspoređeni s vrijednostima dobivenim Monte Carlo simulacijama.
Analizom rezultata preporučen je detektor najpogodniji za određivanje profila u nereferentnoj
geometriji.
Izlazni faktori za snopove gama noža određeni su za dvanaest detektora; sedam ionizacijskih
komora, četiri poluvodička detektora te jedan dijamantni detektor. Detektori su prilikom
mjerenja bili postavljeni u plastičnom (eng. solid water) fantomu paralelno sa z-osi Gamma
Knife-a. Usporedbom dobivenih rezultata s podacima dobivenim Monte Carlo simulacijama te
onih određenih referentnim dozimetrom (radiokromski EBT3 film) utvrđeno je da ionizacijske
komore podcjenjuju veličinu izlaznih faktora zbog narušenih uvjeta bočne elektronske
ravnoteže, izraženog volumnog usrednjavanja odziva detektora te činjenice da su napravljene od tkivu ne ekvivalentnog materijala. Sukladno očekivanjima, veličina odstupanja raste s
veličinom efektivnog volumena ionizacijske komore. Zbog perturbacija detektora na snop Co
60, odziv detektora je potrebno korigirati korekcijskim faktorom specifičnim za pojedini
detektor. Pokazano je da ionizacijske komore Semiflex T31010, Semiflex 3D T331021, PinPoint
T31014, PinPoint 3D T3016, RAZOR i CC04, zbog veličine efektivnog volumena, nisu primjerene
za dozimetriju u najmanjem polju Gamma Knife-a od 4 mm i njihovi korekcijski faktori su izvan
granica prihvatljivosti. S povećanjem veličine polja smanjuje se utjecaj spomenutih
perturbacija na točnost određivanja izlaznih faktora. Tako, izlazni faktori RAZORnano
ionizacijske komore najmanjeg efektivnog volumena pokazuju najbolje slaganje s referentnim
vrijednostima, ali i s rezultatima dobivenim EBT3 filmom. Apsorbirana doza određena na
temelju mjerenja silicijevim poluvodičkim detektorom je precijenjena prvenstveno zbog većeg
efektivnog atomskog broja silicija u odnosu na vodu. U 8 mm polju, izlazni faktori određeni s
ovim detektorima pokazuju statistički značajno slaganje s Monte Carlo vrijednostima. Neki
poluvodički detektori imaju zaštitu efektivnog volumena od raspršenih fotona niskih energija
te su prvenstveno namijenjeni dozimetriji velikih polja. Pokazano je da se oni također mogu
koristiti i u dozimetriji uskih snopova Co-60 kao kod Gamma Knife-a. Izlazni faktori određeni s
ovim detektorima pokazuju manje slaganja s Monte Carlo vrijednostima od poluvodičkih
detektora bez zaštite. Sintetički jednokristalni detektor se pokazao kao odličan izbor za
dozimetriju malih polja gama noža.
Korekcijski faktori volumnog usrednjavanja detektora određeni su primjenom analitičkog
elipsoidnog modela raspodjele apsorbirane doze polja Gamma Knife-a te simuliranjem
geometrije efektivnog volumena detektora unutar takvih raspodjela. Integriranjem modela
apsorbirane doze po efektivnom volumenu detektora izračunata je korekcija na volumno
usrednjavanje odziva za četrnaest detektora: šest ionizacijskih komora, pet poluvodičkih
detektora, dva plastična scintilacijska detektora te sintetički jednokristalni detektor. U pravilu
se korekcijski faktor na volumeno usrednjavanje odziva povećava s volumenom detektora.
Međutim, rezultati ranijih istraživanja su pokazala da je osim veličine efektivnog volumena
bitan i njegov oblik što je potvrđeno i ovim modelom. Primjerice, ionizacijska komora PinPoint
T31014 u usporedbi s ionizacijskom komorom CC04 ima veći korekcijski faktor na volumno
usrednjavanje iako komora CC04 ima tri puta veći volumen, i to prvenstveno zbog veće duljine detektora tj. komora CC04 je kompaktnija. Omjer duljine i promjera aktivnog volumena (l/d)
CC04 komoru iznosi 0,9 dok za PinPoint T31014 on iznosi 2,5.
Profili doze određeni su dozimetrijski korištenjem različitih vrsta i tipova detektora te su
dobiveni rezultati uspoređeni s profilima određeni Monte Carlo simulacijama. Ionizacijske
komore većeg volumena nisu primjerene za mjerenja profila doze jer su im efektivni volumeni
preveliki za točno mjerenje odziva u području velikih gradijenta doze. S druge strane, sintetički
jednokristalni detektor i poluvodički detektori pokazuju manja odstupanja od referentnih
vrijednosti te su dobar izbor za određivanje profila doza. |
