vol. 4 5/2015 Inżynier i Fizyk Medyczny
280
radioterapia
\
radiotherapy
artykuł naukowy
\
scientific paper
fotoelektryczne i czułość detektora rośnie. Zależność ta jest na
tyle silna, że już zmiany widma fotonowego związane ze zmia-
ną wielkości pola wymagają wprowadzenia korekty. Przy wzro-
ście wielkości pola rośnie udział promieniowania rozproszone-
go, tym samym maleje średnia energia wiązki, co prowadzi do
wzrostu czułości detektora. Odwrotnie, przy pomiarze małych
pól, gdzie średnia energia wiązki jest wyższa, czułość detektora
będzie malała i konieczne będzie użycie czynnika korekcyjnego
większego od jedności.
Trzecie, ostatnie zjawisko zaburzenia sygnału detektora zwią-
zane jest z pomiarem w warunkach braku równowagi elektro-
nowej. Umieszczenie w obszarze nierównowagi elektronowej
detektora o właściwościach rozpraszających istotnie odbiegają-
cych od ośrodka pomiarowego prowadzi zawsze do zaburzenia
strumienia elektronów, które korygowane jest poprzez popraw-
kę fluencyjną. Poprawka ta od dawna była uwzględniana w dozy-
metrii realizowanej przy użyciu komór jonizacyjnych, natomiast
dość powszechnie negowano jej znaczenie w odniesieniu do de-
tektorów półprzewodnikowych [2].
Wiadomo, że stopień nierównowagi elektronowej zależny
jest nie tylko od rozmiarów wiązki, ale także od rodzaju ośrodka,
przez który ta wiązka przechodzi. W tym kontekście interesu-
jącym i powszechnie znanym jest przykład wąskiej wiązki prze-
chodzącej przez płuca. Oczekiwalibyśmy, że dawka w płucach
w porównaniu z sytuacją, gdy ta sama wiązka przechodzi przez
wodę będzie wyższa (w płucach niższe są wartości liniowego
współczynnika absorpcji). Tymczasem dla wąskiej wiązki jest
wręcz przeciwnie. Pomimo zdecydowanie mniejszego osłabie-
nia wiązki pierwotnej w płucach, dawka w płucach jest niższa niż
w wodzie. Ta nieoczekiwana różnica jest tym większa, im mniej-
sze są wymiary pola promieniowania i im wyższa jest energia
wiązki. Dzieje się tak dlatego, że w stanie braku bocznej równo-
wagi elektronowej elektrony opuszczające oś wiązki z powodu
rozproszeń nie są kompensowane przez dochodzące od boków.
Odstępstwo od stanu równowagi elektronowej jest w przypad-
ku płuc znacznie silniejsze, niż dla tej samej wąskiej wiązki prze-
chodzącej przez wodę ze względu na większy zasięg elektronów
w rzadszym absorbencie. Tym samym obniżenie dawki jest zde-
cydowanie większe.
Omawiana sytuacja ułatwia zrozumienie, jaki jest mechanizm
i kierunek zaburzenia pojawiającego się w detektorze podczas
pomiaru w stanie nierównowagi elektronowej. Jeśli tym detek-
torem jest wnęka powietrzna komory jonizacyjnej, wówczas
podobnie jak w płucach pogłębia się odstępstwo od stanu rów-
nowagi elektronowej i rejestro-
wana dawka maleje. Konieczny
jest czynnik korekcyjny większy
od jedności.
Odwrotnie jest w sytuacji
pomiaru detektorem półprze-
wodnikowym. Tu ze względu na
większą gęstość i silniejsze roz-
praszanie następuje zbliżenie
się do stanu równowagi w objętości czynnej detektora i obser-
wujemy wzrost sygnału. Tym samym konieczne staje się użycie
czynnika korekcyjnego o wartości mniejszej od jedności.
Podsumowując zagadnienie perturbacji w detektorach pół-
przewodnikowych, stwierdzamy, że obserwujemy trzy efekty:
1.
uśrednienie sygnału w objętości czynnej detektora (czyn-
nik korekcyjny k > 1);
2.
zależność czułości detektora od energii (k > 1);
3.
poprawka fluencyjna związana z pomiarem w obszarze
nierównowagi elektronowej uwzględnia różnicę pomiędzy
stopniem równowagi elektronowej w wodzie i materiale
detektora (k < 1).
Charakterystyczne, że tylko ostatni efekt wymaga czynnika
korekcyjnego mniejszego od jedności. Tym samym, ilekroć ob-
serwujemy, że całkowita wartości tego czynnika jest mniejsza od
jedności, oznacza to, że dominujący wpływ w tej sytuacji pomia-
rowej ma trzeci z omawianych efektów.
W tabelach 1-2 zebrano dostępne obecnie w literaturze dane
dotyczące wartości czynników korekcyjnych do pomiarów wy-
dajności małych pól dla diod półprzewodnikowych w wiązce
X 6 MV. Tabela 1 zawiera dane dla diody nieekranowanej (elek-
tronowej), tabela 2 dla diody ekranowanej (fotonowej).
Dla diod nieekranowanych przy pomiarze w polu 2 x 2 czynniki
korekcyjne znajdują się w przedziale 1,01-1,02. Te wyższe od 1,0
wartości spowodowane są zmniejszaniem się czułości diody przy
zmniejszaniu wymiarów pola. Dla pola 1 x 1 czynniki korekcyjne są
bardzo bliskie jedności – efekt zmiany czułości z wielkością pola
jest praktycznie kompensowany podwyższeniem stopnia rów-
nowagi elektronowej w objętości czynnej detektora (poprawka
fluencyjna). Dla pola 0,5 x 0,5 dominuje już wyraźnie poprawka
fluencyjna, prowadząc do wartości czynników korekcyjnych zde-
cydowanie niższych od jedności. Dla diody IBA EFD, której wymia-
ry poprzeczne (2mm) są dwukrotniewiększe niż diod PTW (1mm)
przy pomiarze w polu 0,5 x 0,5 wyraźny jest już efekt uśrednienia
sygnału po objętości, co podwyższa wartość czynnika korekcyjne-
go. Jest to w tym przypadku efekt korzystny – czynnik korekcyjny
jest bliższy jedności. Nie oznacza to jednak braku zaburzenia, ale
jedynie korzystne kompensowanie się poszczególnych perturba-
cji. W tabeli 1 zamieszczono także dane dla wiązek wytwarzanych
w urządzeniu Cyber Knife. Wartości czynników korekcyjnych są
nieco niższe niż dla akceleratorów liniowych, co spowodowane
jest tym, że dotyczą one aplikatorów kołowych (a więc efektyw-
nie nieco mniejszych pól) i normalizowane są względem aplikato-
ra o średnicy 60 mm, a nie pola 10 x 10.
Tabela 1
Czynniki korekcyjne do pomiarów wydajności w małych polach w wiązce X 6 MV, dla diod elektronowych (nieekrano-
wanych). W ostatnim wierszu podano odnośniki do prac, z których pochodzą cytowane dane.
dioda
PTW60017
PTW60017
PTW60012
PTW60017
IBA EFD
akcelerator
Varian Clinac iX Varian Clinac 2100
+ mikroMLC
Siemens Primus
Elekta Synergy
Cyber Knife
Varian Clinac iX
2 x 2
1,016
1,009 (2,4 x 2,4)
1,013 (3 x 3)
-
1,021
1 x 1
0,992
1,001 (1,2 x 1,2)
0,995
0,978 (
Ф
10 mm)
1,002
0,5 x 0,5
0,949
0,965 (0,6 x 0,6)
0,968
0,955 (
Ф
5 mm)
0,991
praca
[3]
[4]
[5]
[6]
[3]
