Dose Measurements in the Build-Up Region for the Photon Beams from Clinac-1800 Dual Energy Medical Linear Accelerator

Aim:

Since the skin dose becomes the limiting factor while deciding the tumorcidal dose, the detailed analysis of dose distribution in the build-up region is necessary for high-energy photon beams. In this study the beam characteriwstics affecting the build-up and skin dose for 6- and 18-MV photons are analyzed.

Materials and Methods: Measurements were made with 6- and 18-MV photons using a PTW parallel-plate ionization chamber (B23344-036) and a RDM-1F electrometer. Build-up ionization measurements were made with the chamber fitted into a 25 × 25 × 25 cm polystyrene phantom with a fixed SSD of 100 cm. The entrance and buildup dose measurements were made with a polycarbonate and a mesh type metallic shielding tray and a 45° wedge. Exit dose measurements were carried out for the graphite patient supporting assembly table top, 1.0 cm thick piece of wood and the 1.0 cm thick patient supporting perspex base frame for head and neck treatments.

Results: It was observed that the d_max decreased slightly with field size as with other accelerators. For both photon energies the surface dose was observed to increase with increase in field size. It was also noticed that the dose in the build-up region increases slightly when the polycarbonate secondary blocking tray is introduced with the increase in surface dose. The data show that the tray pertubation factor (TPF) at surface decreases steadily with tray-surface distance for both photon beams for all field sizes. It was noted that the TPF was more when the polycarbonate tray was introduced at shorter tray-surface distances for both energies. At tray-surface distances above 60 cm the TPF almost remained close to unity for 6-MV photons for all field sizes, whereas the continuous decrease in TPF could be noted for 18-MV photon beams even after the TPF rewached unity.

Conclusion: The increase in surface dose with field size for both photon energies is due to the electron scattering from the intervening materials. The use of wedge filters absorbs low-energy scattered electrons siginificantly and hence, the relative surface dose (RSD) is always less than unity. The increase in dose enhancement percentage with graphite compared to perspex supporting assembly indicates that the electron backscatter is proportional to the atomic number of the medium.

Fragestellung:

Die applizierte Dosis im Tumorzielvolumen wird entscheidend von der Hautdosis begrenzt. Daher ist für ultraharte Photonenstrahlung eine detaillierte Analyse der Dosisverteilung notwendig. In dieser Studie werden die Parameter der klinischen Photonenstrahlen, die die Hautdosis und die Aufbauregion bestimmen, für Photonenenergien von 6 MV und 18 MV vorgestellt und analysiert.

Material und Methoden: Die Messungen wurden für Photonen der Energie von 6 MV und 18 MV unter Verwendung einer Ionisationskammer der PTW (Typ B 23344-036, Flachkammer) und eines Elektrometers (Typ RDM-1F) durchgeführt. Für die Dosismessung in der Aufbauregion wurde die Ionisationskammer in ein Polystyrenphantom mit einem definierten Volumen von 25 × 25 × 25 cm und einem festen Fokus-Oberflächen-Abstand von 100 cm eingepasst. Die Eintrittsdosis und die Dosis in der Aufbauregion wurden für zwei Blockträger gemessen, die aus Polycarbonat und aus einem Metallgitter bestanden. Die Messung der Austrittsdosis wurde an drei verschiedenen Materialien ausgeführt, bestehend aus einer Graphitunterlage für Patienten, aus einem 1 cm starken Stück Holz und aus einem 1 cm starken Rahmen aus Perspex für Kopf-Hals-Behandlungen.

Ergebnisse: Der geometrische Abstand d_max (des Maximums der Tiefendosis) verringerte sich leicht mit der Feldgröße, wie das auch bei anderen Beschleunigern beobachtet wird. Die Oberflächendosis wurde mit wachsender Feldgröße für beide Photonenenergien größer. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Dosis in der Aufbauregion und die Oberflächendosis beim Blockträger aus Polycarbonat gegenüber dem Blockträger aus einem Metallgitter und dem offenen Feld leicht anstieg. Die Analyse der Daten zeigt, dass der Trägerstreufaktor (tray perturbation factor, TPF) an der Oberfläche mit zunehmendem Träger-Oberflächen-Abstand für beide Photonenenergien und alle benutzten Feldgrößen kleiner wurde. Der TPF war auch, wiederum für beide Photonenenergien, im Fall des Blockträgers aus Polycarbonat bei geringerem Träger-Oberflächen-Abstand vergleichsweise größer. Für Abstände größer 60 cm blieb der TPF-Wert für 6 MV und für alle benutzten Feldgrößen nahe 1. Im Gegensatz dazuz nahm der TPF bei 18 MV sogar bis unterhalb einem Wert von 1 ab.

Schlußfolgerung: Die Zunahme der Oberflächendosis mit zunehmender Feldgröße entsteht für beide Photonenenergien durch die (Compton-)Elektronenstreuung der im Strahlengang liegenden Materialien. Da die Keilfilter vornehmlich gestreute niederenergetische Elektronen absorbieren, nimmt in diesem Fall die relative Oberflächendosis immer Werte unter 1 an. Die relative Zunahme der Dosisverstärkung bei der Graphitunterlage gegenüber der Perspexunterlage deutet darauf hin, dass die Rückstreuung der Elektronen des jeweiligen Mediums proportional zur Ordnungszahl des Mediums ist.