Comparison of IAEA absorbed dose protocols TRS 277 and TRS 398 for different photon energies

Abstract

AMAÇ

Bu çalışmada Co-60, 6 MV, 25 MV foton enerjilerinin Uluslararası Atom Enerjisi Ajansının (UAEA) iki farklı protokolüne göre hesaplanmış soğurulan doz değerleri karşılaştırıldı.

GEREÇ VE YÖNTEM

Soğurulan doz ölçümleri SSD=SAD mesafesi, 10x10 cm kolimatör açıklığı ve her enerji için protokollerin tavsiye ettiği referans derinlikte yapıldı. Foton enerjileri beş farklı silindir iyon odası ile ölçüldü. Ölçümü etkileyen parametrelerden olan polarite ve yeniden birleşme etkisinin değerleri her iyon odası için kullanılan bütün enerjilerde ölçüldü.

BULGULAR

Ölçümler sonucunda foton enerjileri için iki protokole göre yapılan soğurulan doz hesaplarında TRS 398 no'lu protokol ile hesaplanan absorbe doz TRS 277 ile hesaplanan absorbe dozdan daha fazla bulundu. Bu fark Co-60 ve 6 MV için %1'den 25 MV için %2'den küçüktür.

SONUÇSonuç olarak, TRS 398 no'lu protokolü kullanmanın soğurulan doz hesabını daha doğru hesaplamamızı sağladığı ve kullanıcıya kolaylık sağladığı görüldü.

Introduction Bu çalışmada, Co-60, 6 MV ve 25 MV foton enerjilerinde beş farklı silindir iyon odası için protokollerin tavsiye ettiği referans koşullarda absorbe doz ölçümleri yapıldı. Ölçümlerden elde edilen okumalar TRS 277[1] ve TRS 398[2] no'lu protokollere göre değerlendirilerek maksimum derinlikteki soğurulan doz beş farklı iyon odası için hesaplandı. Soğurulan doz değerlerinin iki protokol için oranları bulundu. Methods Çalışmamızda, Theatron 780C Co-60 teleterapi cihazında (Mesi Medical; Hollanda) Co-60 foton enerjisinde 5 farklı silindir iyon odası için SSD= 80 cm'de, d_REF= 5 cm'de 10x10 cm alanda PTW marka RW3 katı su fantomunda absorbe doz ölçümleri yapıldı. Arka arkaya yapılan 5 ölçümün ortalaması değerlendirmeye alındı.

Phillips SL - 25 lineer hızlandırıcı cihazında (Philips; Hollanda) 6 MV enerjisinde doz verim ölçümleri beş farklı silindir iyon odası kullanılarak PTW marka RW3 katı su fantomunda SSD= 100 cm, dREF= 5 cm'de ve 10x10 alan boyutlarında 200 MU verilerek elde edildı. Arka arkaya yapılan 10 ölçümün ortalaması değerlendirmeye alındı.

Phillips SL - 25 lineer hızlandırıcı cihazında 25 MV enerjisinde ise doz verim ölçümleri beş farklı silindir iyon odası kullanılarak, SSD= 100 cm'de, d_REF= 10 cm'de ve 10x10 alan boyutlarında 200 MU verilerek yapıldı. Arka arkaya yapılan 10 ölçümün ortalaması değerlendirmeye alındı.

Ölçümlerden elde edilen okumalar TRS 277[1] ve TRS 398[2] no'lu protokollere göre değerlendirildi. Maksimum derinlikteki soğurulan doz beş farklı iyon odası (iki tane PTW - 30001 0.6 cc farmer tipi iyon odası, bir tane PTW - 30002 0.6 cc farmer tipi iyon odası, bir tane NE - 2571 0.6 cc farmer tipi iyon odası ve bir tane NE - 2581 0.6 cc farmer tipi iyon odası) için hesaplandı. Soğurulan doz değerlerinin iki protokol için oranları bulundu.

Ölçümü etkileyen etki parametrelerinden olan basınç-sıcaklık, polarite ve yeniden birleşme faktörlerinin ölçümü soğurulan doz ölçümlerinden önce yapıldı.

Polarite etkilerini düzeltmek için her iyon odasının kullanılan bütün enerjilerdeki polarite etkisi ölçüldı. Polarite faktörünün bulunması için ölçüm pozitif ve negatif polaritede yapıldı. Her polarite değişiminden sonra cihaz yeniden ısıtıldı ve okuma olarak 10 ölçümün ortalaması alınmıştır. Polarite faktörünün bulunmasında aşağıdaki formül kullanıldı.

Yeniden birleşme faktörünün bulunması için ölçüm hem yüksek hem de düşük voltajda yapıldı. Okuma olarak 10 ölçümün ortalaması alındı. Yeniden birleşme faktörünün bulunması için TRS 398[2] sürekli radyasyonlar, Co-60, için

bu formülün, lineer hızlandırıcılar için de

bu formülün kullanılmasını tavsiye etmektedir. Ancak, TRS 277[1] bütün enerjiler için 3 no'lu formülü öngörmektedir. Hesaplamalar buna göre yapıldı.

TRS 277[1] no'lu protokol için soğurulan doz formülü,

N_K: İkincil standart dozimetre laboratuvarın göndermiş olduğu kalibrasyon faktörü,

g: Havada ikincil elektronların durdurulması sırasında radiative etkileşimlerde harcanan enerjinin fraksiyonu (=0.003),

k_M: İyon odası materyalinin ve “ build up cap”'in hava eşdeğeri olmamasını dikkate alan faktör,

k_ATT: Fotonların iyon odası materyalinde ve “ build up cap”'de meydana getirdiği saçılmayı ve azalmayı dikkate alan faktör,

k_M ve k_ATT faktörleri iyon odasının tipine göre protokolden bulunmuştur.

M_Q: Basınç-sıcaklık ve yeniden birleşme faktörleri ile düzeltilmiş okuma değeri,

M_Q= M₀C_TP k_S,

(S_W,HAVA) _Q: Ölçüm yapılan referans derinlik (dREF) ve demet kalitesine (TPR2010) bağlı olarak protokolden bulunan durdurma gücü oranı,

p_U: İyon odasının duvar materyalinin farklılığına ve demet kalitesine (TPR2010) bağlı olarak protokolün verdiği değer,

h_M: Ölçüm ortamı olarak sudan farklı bir ortam kullanıldığında bu ortamın iyon odasının cevabına yaptığı etkiyi düzelten faktör. Çalışmamızda bu etki Su \RW3 faktörü kullanılarak düzeltilmiştir,

Su \RW3: Enerjiye bağlı olarak değişen katı su fantomu ile su fantomu değerlerini oranlayan faktör,

P_{YER DEĞİŞTİRME}: Silindir iyon odaları için su hacminin oda hacmiyle yer değiştirmesini dikkate alan faktör. TRS 277[1] no'lu protokol silindir iyon odaları için yer değiştirme miktarını Co-60 için 0.5 rKAV, yüksek enerjili fotonlar için 0.75 r _KAV olarak öngörmektedir. r _KAV kullanılan iyon odasının yarıçapıdır. Çalışmamızda bu etki Yüzde Derin Doz ile düzeltilmiştir.

TRS 398[2] no'lu protokol için soğurulan doz formülü,

M_Q: Basınç-sıcaklık, polarite ve yeniden birleşme faktörleri ile düzeltilmiş okuma değeri,

M_Q= M₀C_TP k_POL k_S,

N_D,W,Qo: İkincil standart laboratuvarın göndermiş olduğu kalibrasyon katsayısı,

K_Q,Q0: Demet kalitesine (TPR₂₀¹⁰) ve kullanılan iyon odasının tipine bağlı olarak protokolde verilen değer,

İyon odalarımız Co-60'da kalibre edildiğinden Kobalt için bu değer 1'dir.

h_M: Ölçüm ortamı olarak sudan farklı bir ortam kullanıldığında bu ortamın iyon odasının cevabına yaptığı etkiyi düzelten faktör,

Çalışmamızda bu etki Su \RW3 faktörü kullanı larak düzeltilmiştir.

Su \ RW3: Enerjiye bağlı olarak değişen katı su fantomu ile su fantomu değerlerini oranlayan faktör.

Results Çalışmamızda kullanılan bütün enerjilerde farklı iyon odaları için polarite ve yeniden birleşme faktörleri ölçüldü ve ölçüm değerleri Tablo 1'de verilmiştir.

Tablo 1: Polarite ve yeniden birleşme değerleri

Kullandığımız iyon odalarının kATT, kMdeğerleri protokolden bulundı. N_K ve N_DW değerleri ise SSDL'in gönderdiği iyon odalarının sertifika değerlerinden alındı ve bu değerler Tablo 2'de gösterilmiştir.

Tablo 2: İyon odalarının k ATT, kM, NK ve NDW değerleri

Kobalt 60 enerjisi için beş farklı iyon odası ölçümlerinin TRS 277[1] ve TRS 398[2] no'lu protokollere göre hesaplanan soğurulan doz değerleri Tablo 3'de gösterilmiştir.

Tablo 3: Co-60 için TRS 277[1]

ve TRS 398[2] protokollere göre hesaplanmış soğurulan doz değerleri

Bu enerji için S_W,HAVA = 1.133, SU \ RW3 = 1.006 ve ölçüm esnasındaki sıcaklık- basınca göre CTP = 1.125 düzeltmesi yapılmıştır.

TRS 277[1] no'lu protokol bütün enerjiler için polarite düzeltmesini öngörmemekte ve yeniden birleşme faktörü Co-60 için bir kabul edilmektedir. Bu nedenle TRS 277[1] için soğurulan doz hesabında bu faktörler bir alındı.

D_MAX'daki absorbe dozu bulmak için kullanmamız gereken efektif noktadaki yüzde derin dozlar TRS 277[1] no'lu protokol ve farklı iyon odaları için Tablo 4'de verilmiştir.

Tablo 4: Co-60 için efektif nokta yüzde derin doz değerleri

6 MV enerjisi için beş farklı iyon odası ölçümlerinin TRS 277[1] ve TRS 398[2] no'lu protokollere göre hesaplanan soğurulan doz değerleri Tablo 5'da verilmiştir.

Tablo 5: 6MV için TRS 277[1]

ve TRS 398[2] protokollere göre hesaplanmış soğurulan doz değerleri

Bu enerji için S_WHAVA= 1.120, SU\RW3= 1.0153 ve ölçüm esnasındaki sıcaklık- basınca göre hesaplanmış düzeltme faktörü CTP= 1.0929'dir.

TRS 277[1] yüksek enerjili fotonlar için efektif noktanın 0.75 r _KAV olarak kaydırılmasını tavsiye ediyor. Buna göre kayan efektif noktadaki yüzde derin dozlar TRS 277[1] no'lu protokol ve farklı iyon odaları için Tablo 6'de verilmiştir.

Tablo 6: 6 MV için efektif nokta yüzde derin doz değerleri

25 MV enerjisi için beş farklı iyon odası ölçümlerinin TRS 277[1] ve TRS 398[2] no'lu protokollere göre hesaplanan soğurulan doz değerleri Tablo 7'de verilmiştir.

Tablo 7: 25 MV için TRS 277[1]

ve TRS 398[2] protokollere göre hesaplanmış soğurulan doz değerleri

Bu enerji için S_W,HAVA= 1.081, SU\RW3= 1.037 ve ölçüm esnasındaki sıcaklık-basınca göre hesaplanmış düzeltme faktörü CTP= 1.125'dir.

Kayan efektif noktadaki yüzde derin dozlar TRS 277[1] no'lu protokol ve farklı iyon odaları için Tablo 8'de verilmiştir.

Tablo 8: 25 MV için efektif nokta yüzde derin doz değerleri

Foton enerjileri için TRS 398[2] ile hesaplanan soğurulan dozun TRS 277[1] ile hesaplanan doza oranları farklı iyon odaları için Tablo 9'da verilmiştir.

Tablo 9: Farklı foton enerjileri için TRS 398[2]

ile hesaplanan soğurulan dozun TRS 277[1] ile hesaplanan doza oranı

Discussion TRS 398[2] no'lu protokol daha basit bir formalizm getirdiği ve TRS 277[1]'deki belirsizlikleri önemli ölçüde azalttığı için soğurulan dozu daha büyük bir doğrulukla hesaplamamızı sağlamıştır. Bu nedenle literatür[3,4,5,6] ile uyumlu bir şekilde TRS 398[2] ile hesaplanan doz TRS 277[1] ile hesaplanandan Co-60 enerjisi için %0.32 ile %0.05 arası daha fazla bulunurken, 6 MV enerjisi için %0.57 ile %0.32 arası daha fazla, 25 MV enerjisi için ise %1.53 ile %0.93 daha fazla bulunmuştur. Enerji arttıkça protokoller arası farkların daha da arttığı görülmüştür.

Sonuç olarak, TRS 398[2] no'lu protokolü kullanmanın soğurulan doz hesabını daha doğru hesaplamayı sağladığı görülmüştür. Kullanıcının hata yapma riskini azalttığı için absorbe dozu, TRS 398 no'lu protokolü kullanarak hesaplanmasını önermekteyiz.

References

1) International Atomic Energy Agency Absorbe dose determination in photon and electron beams: an international code of practice. Tecnical Reports Series No: 277. Vienna, Austria (1987).

2) International Atomic Energy Agency Absorbe dose determination in external beam radiotherapy: an international code of practice for dosimetry based on standards of absorbe dose to water. Tecnical Reports Series No: 398. Vienna, Austria (2000).

3) Ferreira IH, Marre D, Huq MS, Bridier A, Beaudre A. Application of TRS 398 [2] using ionization chambers calibrated by PSDLs in France and The United Kingdom in a series of high energy photon and electron beams. Proceedings of an International Symposium, Vienna, 2002.

4) Govinda Rajan KN, Vandana S, Vijayam M, Shigwan JB. Testing of NK and NDW based IAEA codes of practice for clinical photon beams” Proceedings of an International Symposium, Vienna, 2002.

5) Huq MS. Intercomparison of absorbed dose to water and air kerma based dosimetry protocols for photon and electron beams. Proceedings of an International Symposium, Vienna, 2002.

6) Andreo Pedro, Huq M. Saiful, Westermark Mathias, Song Haijun, Tilikidis Aris, Larry DeWerd, Ken Shortt. Protocols for the dosimetry of high energy foton and electron beams: a comparison of the IAEA TRS 398 [2] and previous international codes of practice. Phys Med Biol. 47 (p. 3033-53).