放射線外科アクセラレータの線量測定に使用される液体電離箱における再結合効果の特性評価

放射線治療装置が増えて増加適合およびフラクションあたりの高用量を考慮して、腫瘍に非常に小さなビームを通して用量を提供するという利点を提供する。多くの異なる検出器は、これらの小さなフィールドの線量測定のために使用することができます。本研究では、イオン再結合の効果は、定位放射線治療システムを用いて液体イオン化チャンバに向けて研究されている。

最も近代的な放射線治療装置は、強度変調放射線治療（IMRT）中のビームレットを介して、または位置決め精度は、患者の小体積の画分あたりの非常に高用量を送達することができ、定位放射線療法のいずれかを介して、非常に小さなフィールドの使用を可能にする。医療用加速器に関する線量測定は、従来、空気で満たされたイオン化チャンバを用いて実現される。しかし、小さなビームは、これらは無視できない摂動効果を受けます。本研究では、空間分解能と低フルエンス摂動の面で利点を提供し、液体のイオン化室、に焦点を当てています。イオン再結合の効果はサイバーナイフシステム（アキュレイ）で使用microLion検出器（PTW）のために研究されています。この方法は、異なるソース面距離で水タンクの一連の測定を行い、同時に気体検出器の測定値に基づいて液体検出器の読み取り値に補正を適用することからなる。このアプローチfacilitatesの液性媒体の高密度化に起因する再結合の影響を単離および検出器の読取りに適用する補正係数を求める。主な困難は、チャンバの応答の小さな変化を検出できるように設定で精度の十分なレベルを達成することにある。

放射線療法における線量測定は、長年にわたって気体のイオン化チャンバを用いて行われた。これらの検出器は、はるかに「従来の」放射線療法に関してはウエル、 すなわち大きな均質（またはゆっくりと変化する）フィールドが使用されている行う。しかしこのようなサイバーナイフのような多くの最近の装置（ 図1）、この作品で研究システムは、（5ミリメートルまで）非常に小さなフィールドを使用する可能性を提供します。その他のデバイスは、強度変調放射線治療（IMRT）のように高度に変調されたビームプロファイルを生成する。従来の空気が充填された検出器は、これらの技術は¹に非常に適していない。キャビティの容積は、チャンバの応答が低すぎるとなるサイズに縮小されなければなら許容される空間分解能を達成するためである。ダイオードは小さい感受性ボリュームの利点を提供し、それらは広範囲に小さなビーム線量測定で使用される。しかし、彼らはこのような散乱効果などの他の制限を提示その金属から生じる^12,13をシールド。

液体イオン化室^2（LIC）において、イオン密度がはるかに高く、したがって、感応容積の減少は、検出器応答を損なうことなく可能である。また性媒体は、エアキャビティに関連付けられたフルエンス摂動を低減する、水に近い密度を有する。これらの側面は、LIC小さなビーム線量測定^3-5のための興味深い候補とする。

低所得国との日常的線量測定を実行できるようになる前に対処するためのいくつかの問題にもかかわらずあります。第1に、高いイオン化密度に再結合の効果は空気で満たされた室^6-8のよりも重要である。組換えは（異なるイオン化事象から来る2イオンが再結合する）は、最初の（電子がその母イオンと再結合）または一般のいずれかであり得る。後者は、検出器の線量率事件に依存している。 T相対線量測定（ すなわち線量プロファイル、百分率深度線量、出力因子）は、潜在的に線量率の変化に起因する偏差を受けることができるという彼の手段。組換えは、一般的な捕集効率によって特徴付け入射放射線により生成された電荷に測定された電荷の比として定義され、初期の再結合をエスケープされる：fは _C = Q / Q _0。気体検出器において再結合効果は、低所得国¹¹に適用することができないリンダ^9,10の理論からの2つの電圧法を用いて評価される。

別の一般的な再結合の影響を分離し、関係を介して、一般的な捕集効率を測定するための線量率を変化させることからなる二線量率法⁸の使用に見出すことができる

ここで、uは DEFですとしてINED

αは再結合係数、Q ₀の初期の組換えをエスケープした電荷の量、H電極分離、素電荷eは 、チャンバーの感応容積V、K ₁とK ₂の正電荷と負電荷の移動度であることと、そしてU印加電圧。パルス当たりの異なる用量で測定することにより、パラメータuおよび従って収集効率で、fを得ることができる。パルスあたりの投与量は、関係式で与えられる

全ての測定は、サイバーナイフ（ソース·サーフェス距離SSD = 78.5センチメートル1.5センチメートル、深さ60ミリメートルのコリメータ）の基準条件で行われる。大コリメータアロの使用WS小さなビームに関連するボリュームの影響を回避することができる。所与の線量率は800 MU /分であり、繰り返し周波数が150ヘルツである、これは、100ミリグレイ/パルス（基準条件で、1 MUは1センチグレイの線量に相当）の用量をもたらす。パルス繰り返し周波数が一定に保たれる場合には、パルス当たりの投与量は、逆二乗距離法を介してSSDに関連する線量/分の線量率に依存する。

2のSSD D ₁とD ₂のため。

1。実験装置（図2）

（従来の検出器温度及び高電圧供給を安定させる第一の測定値を1時間行なった。）

1. SSDは200センチメートルまで増加されなければならないことを念頭に置いて、治療ヘッドの下に水槽を置きます。このため、タンクは、天井の高さに応じて、達成可能な限り低く配置されるべきである。
2. リニアック（その垂直側面がヘッドの縦辺と平行でなければならない）と水タンクの位置を合わせます。レーザは、向きが正しいことを確認するために使用することができる;この手順は、システムの物理ガイド¹⁴に詳述されている。
3. （物理ガイドを参照）、二つの異なる深さで、xとyのプロファイル測定を行うビーム偏角を計算し、ヘッドの回転の軸を使って補正することにより、リニアックの垂直方向を確認してください。
4. テレメータ用付属品をコリメータを交換し、accur、それを使用ately 78.5センチメートルのSSDにヘッドを配置します。付属品の先端がかろうじて水面に触れなければならない。
5. テレメータを削除し、処理ヘッドに60ミリメートルコリメータを配置。
6. すなわち、ビーム方向に対して平行な円筒形のキャビティの軸と垂直位置1.5センチメートルの深さに位置LIC基準点を、。これは、ソースと検出器との間の距離は80cmになる。横方向のビームの中心にLICを配置するためにレーザーを使用してください。
7. 減衰、距離や飛散の影響を補正することができるようにLICの隣0.125センチメートル³空気で満たされた電離箱（AIC）を配置します。
8. LICとエレクトロへの高電圧電源を接続し、別のエレクトロメータに800 Vに接続し、AICに電圧を設定し、400 Vに電圧を設定次に、安定化の目的で、1時間待ってください。
9. 検出器の横方向の位置決めの精度を確保するために、プロファイル測定を実行する横方向、必要に応じてLICの零点を修正し、両方。
10. リニアックの繰り返し率は、（公称値= 150 Hz）で固定されていることを確認します。

2。測定

1. 第LIC応答を安定させるために、3,000モニタユニット（MU）の前照射線量を送達する。その後、電位計のゼロ調整を行う。
2. リーク電流と安定性を評価するために、測定値と同等の期間中、ビームOFF（100 MU 7.5秒）との電荷一連の買収を行う。上のビームを用いて測定した値に得られた平均値を比較してください。ビーム上で測定した最小値の0.03％未満の典型的な漏洩料は無視できると考えることができる。
3. 58.5センチメートルのSSDで治療ヘッドを配置します。デカルトモードでリモコンを使用すると、単純にz方向に20センチ運動を行う。
4. トリートメントルームを残して、ドアを閉じて、100 MUの照射をプログラムオペレータコンソール。その後、両方の電位計を開始用量を送達し、LICおよびAICによって測定された電荷の点に注意してください 。
5. 統計的不確実性を評価することができるように処理を10回繰り返す。
6. 10回の測定の後、部屋に入ると、次の位置（68.5センチメートルのSSD）に治療ヘッドを移動します。次に、ステップ2.4​​と2.5を繰り返します。
7. ヘッドはさらに離れてタンクから移動されると電荷が逆二乗距離の法則に従って変化する測定点間の距離を大きくすることができる。 表1は、パルス当たりの対応する用量と共に、測定点のリストの例を提供する。

表1。2回投与のための測定点一覧パルス当たりの対応する用量の換算方法（A及びB）。

3。分析

二つの方法は、データを分析するために使用することができる。

方法A

1. すべての距離dについては、同じ距離に対応する得られたAIC値と各測定されたLIC値の比をとる 。
2. 比率をプロットパルスあたりの投与量に対して、パルスあたりのゼロ線量は、R ₀における外比を得るために線形フィットを使用しています。
3. 捕集効率は0ミリグレイ/パルスで1に等しいことを仮定して、fの値を得るために、前のステップから外挿した値に、ステップ3.A.1で算出された全ての比を正規化する（ すなわち、スケールすべての比で要因そのようなk個のR ₀ = 1）。
4. 収集効率の進化を表現するために、パルスあたりの投与量の値に対するFの値をプロットします。エラーバーは、各距離での反復測定から評価しLICおよびAIC電荷に不確実性を伝播することによって算出することができる。

方法B

1. 比を取る 200センチメートル（198.5センチメートルのSSD）、60センチメートル（58.5センチメートルのSSD）、ATとAICの測定値のLIC測定値の、 。
2. 数値的にU ₂₀₀については、下記の方程式を解く。
   
3. 収集効率を得るために、以下の関係でのu値₂₀₀を注入し、fは200センチメートル距離で。
   
4. 効率は、この手順では、計算されたuおよびfの値に不確実性を試験することができる。限り電荷比が3以上であるようには60 cm未満他の距離との比を用いて計算することができる。
5. 以下の関係（距離となるように選択することを用いて、全ての計測点のパラメータuを計算する ）
   
6. の関係から_、D、F、すべての収集効率を計算する
   
7. represeするパルスあたりの投与量の値に対して、Fの値をプロット収集効率の進化をntの。エラーバーは、各距離での反復測定から評価しLICおよびAIC電荷に不確実性を伝播することによって算出することができる。

図3の方法Aから得られたfの収集効率は、信号中の2％の損失が分かる0〜1.6ミリグレイ/パルスの範囲でパルスあたりの投与量に対してプロットされている。ポイントは、線形動作に従う。エラーバーは、メソッドに固有のように見える重要な不確実性を示しており、大幅に必ずしも完全に真実ではない、これまた、この方法では、AICの応答がない再結合の影響を受けないものとされていることは注目に値する方法Bを使用することで軽減することができる。この1つは、単純に逆二乗距離のビルドアップキャップ（なし水槽）に正しいだけでは、AICを使用して同様の測定を実行できることを確認すること。小さな偏差は、不確実性値で観察し、含めることができる。

図4は、第2の方法（B）から算出収集効率を示す。これは、より正確に証明するとfの絶対値を提供するという利点を有する。デビ線形挙動からの管理ポイントは小さく、信号の損失は方法Aよりも若干低い

方法Bを直接適用するように、因子が単に収集効率はfの逆数をとることにより、パルス当たりの所与の用量で一般的組換えを補正するために計算することができる。次いで、これらの要因は、相対的な深部線量測定値に適用することができる。 図5換え補正前と後の（再結合の影響を受けない）ダイオード及びLICで測定された相対深部線量を示している。曲線は（再結合効果は消える）240ミリメートルの深さで正規化される場合、それらは修正がビルドアップ領域（パルス当たりの用量、したがって補正係数が最も高い）での再結合効果を補償することを意味し、一致している。これは、計算された補正係数が正確であり、2つの線量率法の検証として機能することができることを示唆している。

図1。サイバーナイフのsytem。測定に使用サイバーナイフシステムの観点から、加速器ヘッドが下向きに。水タンクは、いずれかの頭の上の使用可能な領域に応じて、床の上、または部屋の奥の目に見えるロボットソファに配置することができます。

図2。実験装置。セットアップは、AICとLICとここに表現されている下向きされたビームの中心に、水タンク（1.5 cm奥行き）内部で隣同士に配置されます。矢印60センチの距離（58.5センチメートルのSSD）から始まる200センチメートル（198.5センチメートルのSSD）で終わる、測定の各シリーズ間の加速器ヘッドの動きを示している。

図3。方法Aから得た（ミリグレイ/パルス）でパルスあたりの投与量についての一般的な収集効率、一般的な収集効率の進化の方法Aグラフ、F、

図4は、一般収集効率は、方法B.一般的な収集効率は、方法Bからの結果に従って、パルス当たりの用量に対してプロット

図5相対深度線量測定への適用。ダイオード測定から得られた相対深部線量は青色で示されている。LIC測定からの結果は、赤（未補正）と黄色（補正）曲線で表現されます。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

上記の方法は線量率（0.14から1.58ミリグレイ/パルス）の広い範囲にわたってLICにおける再結合の影響を評価することができます。 A法はシンプルですが、捕集効率、Fのかなり正確な（絶対）値を提供する方法B、より多くの不確実性に関連している。組換えは、調査した全範囲にわたって信号が約2％の損失の原因であるが、この範囲は、通常、ルーチン測定の間に張られているものよりも大きい。出力因子上の最大誤差は0.35％であり、結果のセクションに示したように、それは百分率深度線量測定のために1％に達した。

すべての測定は、治療ヘッドの初期位置に対して実行されるようにプロトコルを実施するための重要な要素は、実験の初期設定である。このように1は、それぞれに、検出器の測定値を関連付けることができるように、初期のSSDを正確に測定するには注意すべきであるパルスあたりの投与量。これはまた、水中での検出器の配置についても同様です。お手入れは、測定（microLion検出器の場合には入射窓の後ろの1ミリメートルの位置）の効果的なポイントは表面下1.5センチメートルに位置していることに注意しなければならない。 1時間遅延およびプリ照射線量は、800 Vの電源電圧および温度を安定させるためにも不可欠である。

パルスあたりのリニアックに直接影響を与える線量の繰り返し率。 800 MU /分で150ヘルツの周波数で、パルスあたりの投与量は、0.89ミリグレイ/パルスです。この周波数は、距離は、パルス当たりの投与量に影響を与える唯一の変動要因であることを確認するために、すべての測定のために修正する必要があります。この方法は、いくつかの適応⁷と連続ビームの場合に使用することができる。 SSDを直接治療ヘッドを移動させることによって変化させることができない他のデバイス上で、繰り返し率は、パルス当たりの用量バリエーションを導入するために変更することができる。このパラメータがある場合同様に、固定、SSDはまだLICとタンク内の水面を移動させることによって修飾することができるが、この手法の精度は、おそらく、本研究で使用した治療ヘッドの移動よりも低いであろう。

小さ ​​な視野線量測定におけるその使用のためのLICの特徴付けの次のステップは、敏感なボリュームがでないこと、すなわち、そのような検出器および体積効果（材料としての応答の摂動を誘発する他の要因を調査することである）ビームの大きさに比べて小さい。これは、モンテカルロシミュレーション⁵の使用によって可能である。考慮されたものの態様によると、グローバル補正係数は完全に摂動を除去するために、臨床ルーチンの測定で得られたLICの読み（出力因子、百分率深度線量、線量のプロファイル）にも適用することができる。

これらの摂動効果の完全な特性評価および補正後、T彼LICは、プロファイル、百分率深度線量および他の検出器によって測定された出力因子の独立した検証を可能にする、小さなビーム線量測定のための付加的な検出器として使用することができる。縦方向の非常に高い空間分解能はまた、唯一つの小さな寸法の長方形のフィールドの線量測定に適しことになる（ 例えばトモセラピー。）

著者らは、開示することは何もありません。

著者は全く確認応答がありません。