Pomary dawek promenowana wytwarzanego w lnowych przyspeszaczach na użytek radoterap Włodzmerz Łobodzec Zakład Radoterap Szptala m. S. Leszczyńskego w Katowcach
Cel radoterap napromenene obszaru PTV zaplanowaną, możlwe jednorodną, dawką z równoczesnym dużym gradentem dawk poza tym obszarem Obszary w planowanu radoterap GTV (Gross Tumour Volume ) CTV (Clncal Target Volume) PTV (Plannng Target Volume ) TV (Treated Volume) obszar leczony IV (Irradated Volume)-obszar napromenany
Fantom Woda stanow standardowy materał do pomarów dozymetrycznych zarówno dla wązek fotonów jak elektronów. Stosuje sę równeż fantomy stałe (meszanka odpowednch komponentów). Fantom stały mus mtować wodę pod względem: gęstośc, lczby elektronów w grame materału, efektywnej lczby atomowej Z eff. la promenowana wytwarzanego w lnowych przyspeszaczach Z eff = a a Z A 2 A Z a, Z, A masowy udzał, lczba atomowa, lczba masowa -tego składnka.
etektory promenowana dla rutynowej dozymetr w radoterap Cylndryczna (naparstkowa) komora jonzacyjna 0.6 cm 3 typu Farmer 3. Płaska komora jonzacyjna np. typu Markus etektory półprzewodnkowe: ody krzemowe MOSFET Metal-Oxde Semconductor Feld Effect Transstor
Cylndryczna komora jonzacyjna typu Farmer Punkt referencyjny komory cylndrycznej jest zlokalzowany na os komory w połowe długośc naparstka komory. W wynku absorpcj fotonów w naparstku komory, we wnęce komory powstaje ładunek elektryczny. pow Q m woda pow swoda, pow s, pow f ( E) woda = Komora wykalbrowana służy do pomaru w fantome dawk absolutnej wązek fotonów oraz elektronów o energ powyżej 10MeV.
Płaska komora jonzacyjna 1. elektroda (wejścowa)- polaryzacyjna 2. elektroda zborcza 3.Perśceń ochronny. a-wysokość wnęk powetrznej. d- średnca elektrody (wejścowej) m- średnca elektrody zborczej g- szerokość perścena ochronnego. Punkt referencyjny komory - to środek wewnętrznej powerzchn okna komory Wykalbrowana komora służy do pomaru w fantome dawk absolutnej wązek elektronów. Zalecana także do pomarów PG wązek fotonów zwłaszcza w obszarze buldup.
oda krzemowa to detektor, w którym półprzewodnk (krzem) o relatywne małych wymarach używany jest do pomarów dawk promenowana. W wynku współoddzaływana z nm promenowana jonzującego, powstają nośnk ładunku elektrycznego (wolne elektrony dzury z ładunkem dodatnm). Lczba nośnków jest proporcjonalna do energ promenowana jonzującego pochłonętego w materale półprzewodnka. Elektrony przemeszczają sę do obszaru n,, a dzury do obszaru p co powoduje pojawene sę różncy potencjałów czyl napęca elektrycznego o wartośc proporcjonalnej do lczby nośnków elektrycznych. Wartość tego napęca rejestrowana przez odpowedn układ elektronczny jest proporcjonalna do dawk promenowana. ody półprzewodnkowe są użyteczne do pomarów dawk n vvo oraz do pomarów rozkładu dawk względnej w fantome zwłaszcza w obszarach dużego jej gradentu.
etektor MOSFET - to mnaturowy detektor półprzewodnkowy, którego objętość aktywna jest mnejsza nż 1 mm 3. Mają zastosowane główne w pomarach dawk n vvo. etektor umocowany jest na cenkm pasku z polamdu, z przewodem umożlwającym podłączene go do zaslacza podczas napromenana. Okładk detektora wykonane są z elementów przewodzących, natomast delektryk stanow dwutlenek krzemu. Na elektrody detektora podaje sę napęce progowe 20 V.
W wynku dzałana promenowana jonzującego, w detektorze powstają nośnk ładunku elektrycznego w lczbe proporcjonalnej do pochłonętej energ promenowana. Nośnk, dochodząc do elektrod, zmnejszają różncę napęć o odpowedną wartość. Zmana wartośc różncy napęć jest proporcjonalna do pochłonętej energ promenowana jonzującego. W detektorach używanych w radoterap, w zależnośc od zastosowanego zaslacza, dawka promenowana 1cGy powoduje zmnejszene napęca detektora o 1mV lub 3mV. etektor MOSFET może zatem skumulować dawkę promenowana odpowedno 200Gy lub 70Gy, po czym staje sę bezużyteczny. Procentowe nepewnośc awka [cgy] Standardowy Wysokej czułośc 200 <2 % <0,8% <3% <1,2% 20 <8% <3%
Kalbracja komory cylndrycznej Z ref =5 cm lub 10 cm S=10cm x 10cm a>5cm Porównując wskazana kalbrowanego dawkomerza (M Co ) z wartoścam poprawnym dawk w wodze ( w,co ), określa sę współczynnk kalbracyjny badanego dawkomerza w wodze jako: N, w, Co = w, Co M Co [ cgy] [ nc ] M Co skorygowane na cśnene, temperaturę, efekt polaryzacj. Symbol Co można zastąpć ogólnym symbolem Q
awka w wodze na głębokośc z ref dla jakośc promenowana Q nnej nż Q 0 użytej do kalbracj komory wynos: = M N w, Q Q, w, Q Q Współczynnk korekcyjny zdefnowany jako: k = Q, Q 0 N N, w, Q, w, Q k 0 Q, 0 0 wnen być wyznaczony dla ndywdualnej komory stosowanej wązk u użytkownka. Oblczone współczynnk korekcyjne dla różnych cylndrycznych komór jonzacyjnych jakośc wązk fotonów podano w tabel 6.III raportu 398 IAEA. Jakość wązk fotonów Q określa sę jako: Q = TPR(20) TPR(10) = 1,2661 P(20) P(10) 0,0595
Pomar wydajnośc fotonów awkomerz Kethley nr ser. 91745, komora PTW "Farmer" typ 3004 nr 0241 MV M k p,t LJM SS głęb. N,w,Qo TPR 20,10 k Q (*) st XIO % [nc] [cm] [cm] [cgy/nc] [cgy/jm] [cgy/jm] 6 12,27 90 10 5,535 0,671 0,991 0,651 0,653-0,3 15 14,36 90 10 5,353 0,762 0,975 0,749 0,749 0,1 *) Tabela 6.III str.64 W, Q = M Q N, W, Qo kq, Qo
Kalbracja komory płaskej Markus Istneje zwązek empryczny: E 0 = C. R 50, C = 2,33MeV. cm - 1 Jakość wązk elektronów (R 50 ) użytej do kalbracj komór płaskch wynosła 8,74 g cm -2. Q cross jakość wązk użytej do kalbracj Z ref =0,6R 50-0,1 S= 10cm x10cm, R 50 <7gcm 2 S= 20cm x20cm, R 50 >7gcm 2 Porównując wskazana (M Qcross ) kalbrowanego dawkomerza z wartoścam poprawnym dawk w wodze ( w,qcross ), określa sę współczynnk kalbracyjny badanego dawkomerza jako: w, Qcross [ cgy] N, w, Qcross = M [ nc ] M Qcross - skorygowane na cśnene, temperaturę, efekt polaryzacj rekombnacj jonów Qcross
awka w wodze na z ref dla jakośc wązk elektronów Q nnej nż Q cross wynos : W, Q = M Q N, W, Q kq, cross Q cross Współczynnk korekcyjny zdefnowany jako: k Q, Qcross = N N, w, Q, w, Q cross wnen być wyznaczony dla ndywdualnej komory stosowanej wązk u użytkownka co jest trudne do wykonana. W tabel 7.IV raportu 398 IAEA podano oblczone współczynnk korekcyjne dla różnych płaskch komór jonzacyjnych jakośc wązk elektronów jednak w stosunku do współczynnka pośrednego Q nt, odpowednego dla jakośc wązk o R 50 = 7,5 g cm -2.
Fragment tabel 7.IV IAEA: Oblczone wartośc k Q,Qnt w funkcj jakośc wązk R 50 (Q nt = 7,5 g. cm -2 ) Jakość wązk R 50 [g. cm - 2 ] 2 3 4 5 6 7 8 10 13 16 Komora Markus 1,038 1,028 1,020 1,014 1,008 1,003 0,997 0,988 0,976 0,965 Aby skorzystać z wartośc współczynnków zameszczonych w tabel 7.IV raportu 398, należy je znormalzować do wartośc współczynnka Q cross określonego dla jakośc wązk R 50 =8,74 g. cm -2 użytej do kalbracj zatem: k Q, Qcross = k Q, Qnt k 1 Qcross, Qnt Uwzględnając wartośc zawarte w tabel będze: oraz dawka na z ref będze: k Q k, Q = Q,nt cross 1,006 W, Q = M Q N, W, Q kq, Q cross nt 1,006
Pomar wydajnośc elektronów awkomerz Kethley nr ser. 91745, Pomar dawk w wodze komorą Markus kalbrowaną w wązce (Q cross ) elektronów o jakośc R 50 =8,74g. cm -2 MeV M k p,t LJM SS z ref (*) N,w,Qcross R 50 k Q,Qcross (**) (max/ref) st XIO % [nc] [cm] [cm] [cgy/nc] [cm] [cgy/jm] [cgy/jm] 6 1,8190 1,3 50,93 2,3 1,043 1,000 0,966 0,962 0,5 9 1,8300 2,1 50,93 3,6 1,028 1,000 0,958 0,959-0,1 12 1,8252 2,8 50,93 4,8 1,021 1,000 0,949 0,956-0,7 15 1,8543 3,6 50,93 6,1 1,014 1,0000 0,958 0,960-0,2 18 1,8364 4,5 50,93 7,7 1,000 1,014 0,948 0,946 0,3 21 1,8066 5,0 50,93 8,5 1,000 1,028 0,946 0,943 0,3 *) z ref = 0,6 R50 0,1 **) kq, Q = kq, Q = k nt Q, Q cross nt kq, Q 1 cross nt 1,006
Łączne wartośc procentowej nepewnośc określena dawk w wodze na z ref z uwzględnenem nepewnośc: kalbracj dawkomerza (PSL SSL), stablnośc dawkomerzy (standardowego kalbrowanego), M Q względem merzonej LJM, współczynnka jakośc wązk k Q, współczynnków korekcyjnych kalbrowanego dawkomerza. Promenowane komora Technka kalbracj σ [%] Fotony cylndryczna wązka γ 60 Co 1,5 Elektrony (R 50 >4 g cm -2 ) cylndryczna wązka γ 60 Co 1,6 Elektrony (R 50 >4 g cm -2 ) cylndryczna wązka elektronów Q cross 1,4 Elektrony (R 50 >1 g cm -2 ) płaska wązka γ 60 Co 2,1 Elektrony (R 50 >1 g cm -2 ) płaska wązka elektronów Q cross 1,4
Wartośc procentowej nepewnośc oblczonego współczynnka jakośc wązk k Q Promenowane komora Technka kalbracj σ [%] Fotony cylndryczna wązka γ 60 Co 1,0 Elektrony (R 50 >4 g cm -2 ) cylndryczna wązka γ 60 Co 1,2 Elektrony (R 50 >4 g cm -2 ) cylndryczna wązka elektronów Q cross 0,9 Elektrony (R 50 >1 g cm -2 ) płaska wązka γ 60 Co 1,7 Elektrony (R 50 >1 g cm -2 ) płaska wązka elektronów Q cross 0,6
etektor półprzewodnkowy Wskazana detektorów półprzewodnkowych są proporcjonalne do pochłonętej energ promenowana: Merzony względny rozkład dawk w fantome PG lub profle można bezpośredno wyrazć poprzez wskazana detektorów. Komora jonzacyjna R R półprzewodnk awk ładunek masa powetrza powetrze powetrze R woda powetrze swoda, powetrze Fotony: s w,p = const, dla z > z max Elektrony: s w,p = s w,p (E)
[%] 110 90 80 70 60 50 40 30 Porównane krzywych jonzacj PG wązk elektronów o energ 15MeV. PG % jonzacja Krzywe otrzymano na podstawe pomarów wykonanych płaską komorą jonzacyjna typu Markus 3162 o współczynnku N,W = 50.93cGy. nc. Kalbrowanej w wązce elektronów o jakośc R 50 =8,74 g. cm -2. 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 gł[mm] Warunk pomaru: SS= cm S = 10cmx10cm
Wykres zależnośc PG wązk elektronów o energ 15MeV. a) Powerzchna czołowa detektora na powerzchn wody b) Powerzchna czołowa detektora przesunęta 1 mm nad powerzchnę wody
awka wejścowa na głębokośc maksymalnej mocy dawk awka w napromenanym środowsku (fantom lub pacjent), pochodząca od pojedynczej stacjonarnej wązk promenowana, w os wązk awka wyjścowa w odległośc od wyjśca wązk ze środowska równej głębokośc maksymalnej dawk danego promenowana. F wej = R kom wej wej = F wej R wej
Kalbracje detektora MOSFET w warunkach równowag elektronów F = R kom MOSFET F = R kom MOSFET = F skóra R MOSFET
) ( ) ( / ) ( ) ( ) ( ) ( / ) ( ) ( ) ( ref M ref M ref M ref M d m m m m c c c c = 1) ) ( ( % = d d
Tolerancja procentowego odchylena dawk dla różnych obszarów wązk fotonowej Obszar Jednorodne Środowsko, prosta geometra Kompleksowa geometra (fltr klnowy, nejednorodność, asymetra, blok/lmc) Zastosowane co najmnej dwóch kompleksowych geometr Oś centralna -wysoka dawka, mały gradent dawk 2% 3% 4% Narastane dawk w os centralnej wązk, penumbra - wysoka dawka, duży gradent 10% lub 2 mm 15% lub 3 mm 15% lub 3 mm Poza centralną osą wązk wysoka dawka, mały gradent dawk 3% 3% 4% Poza grancą wązk promenowana nska dawka, mały gradent dawk 30% (3%) 40% (4%) 50% (5%)