SEMINAR - ELEKTROTEHNIKA U MEDICINI
Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad, 2010.
PROVERA PARAMETARA KVALITETA FOTONSKOG SNOPA NA LINEARNOM
AKCELERATORU ELEKTA PRECISE
CHECKING PHOTON BEAM QUALITY PARAMETERS OF LINEAR ACCELERATORS
ELEKTA PRECISE
Nina Petrović, Jelena Krestić Vesović, Klinički Centar Kragujevac, Kragujevac
Kratak sadržaj – Kvalitet snopa zračenja dobijenog iz
linearnog
akceleratora
definiše
se
različitim
parametrima. Vrednosti parametara snopa date su
internacionalnim protokolima BJR, dodatak 25, i IAEA
TRS-398. Najčešće korišćeni parametri su TPR20,10 i
PDD.
Merenja vrednosti ovih parametara, po protokolu IAEA
TRS-398, obavljena su na linearnom akceleratoru Elekta
Precise, za fotonsku energiju 18 MV, u Kliničkom Centru
Kragujevac, i proverena su slaganja sa vrednostima iz
protokola.
U okviru osiguranja kvaliteta, neophodno je redovno
kontrolisati parametre kvaliteta zračenja.
Korišćena je oprema za relativnu dozimetriju, IBA
Dosimetry, Wellhofer, vodeni fantom Blue Phantom,
Scanditronix Wellhofer i pripadajući elektrometar sa
dodatnom opremom, za merenje PDD. Za merenje
TPR20,10 koristi se set za apsolutnu dozimetriju: vodeni
fantom WP34, dimenzija (30 x 30 x 30) cm 3 , elektrometar
Wellhofer Dose 1 i Farmer cilindrična jonizaciona
komora FC65-G.
Dobijeni rezultati pokazuju odstupanje od standarda za
0.8 %, za PDD i 0.001 za TPR20,10 . Dobro slaganje oba
parametra snopa sa vrednostima iz protokola, pokazuje
stabilnost u radu posmatranog linearnog akceleratora, i
omogućava ravnopravnu upotrebu oba parametra u
karakterizaciji kvaliteta snopa. Jednostavnost određivanja
TPR20,10 i mogućnost merenja setom za apsolutnu
dozimetriju, čini ga pogodnim za brze provere, dok PDD,
kao najčešće korišćen parametar po Evropskim
porotokolima, treba koristiti za periodične provere
kvaliteta.
Abstract – The quality of the radiation beam obtained
from a linear accelerator is defined different parameters.
The values of beam parameters are given to international
protocols, BJR, supplement 25, and IAEA TRS-398. The
most frequently used parameters are the TPR20,10 and
PDD.
Measurements of the values of these parameters,
according to the protocol the IAEA TRS-398, performed
at the linear accelerator Elekta Precise, for photon energy
of 18 MV, at the Clinical Center Kragujevac, and checked
the agreement with the values from the protocol.
As part of quality assurance, it is necessary to regularly
monitor the parameters of the quality radiation.
Used equipment is relative dosimetry, IBA Dosimetry,
Wellhofer, water phantom Blue Phantom, Scanditronix
Wellhofer and belonging electrometer with additional
equipment to measure PDD. For measuring of TPR20,10
we used the set the absolute dosimetry: WP34, water
3
phantom with dimensions
(30 x 30 x 30) cm ,
electrometer Wellhofer Dose 1 and Farmer ionization
chamber cylindrical FC65-G.
The results show deviations from the standard 0.8 % for
PDD and 0.001 for TPR20,10 . Good agreement of both
parameter beam to the values of the protocol, shows the
stability in the work of the observed linear accelerators,
and allows equal use of both parameters in the
characterization of quality beam. Simplicity and the
possibility of determining the set of measurements for
absolute dosimetry, makes it suitable for rapid testing,
while the PDD, as commonly used by European protocols,
parameter should be used for periodic checks of quality.
Ključne reči – linearni akcelerator, osiguranje kvaliteta,
kontrola kvaliteta, fotonski snop, d80 , TPR20,10 , PDD
1. UVOD
Linearni akcelerator je uređaj koji proizvodi fotonsko i
elektronsko zračenje za tretiranje onkoloških bolesnika.
Radioterapijski linearni akcelerator sastoji se iz modula za
formiranje RF talasa, elektronskog topa, kružnog
talasovoda i glave akceleratora [1]. U zavisnosti od
energije X zraka koju je potrebno da generiše linearni
akcelerator kao izvor RF talasa koristi se magnetron –
energetske mašine do 20 MeV, odnosno modul za
generisanje RF talasa sa klistronom kao pojačavačem –
energetske mašine do 25 MeV. Generisani mikrotalasi
frekvencije od 3 GHz se sistemom pravougaonih
talasovoda prenose do kružnog talasovoda u kome
ubrzavaju snop elektrona koji se u talasovod ubacuju iz
elektronskog topa. Sistem bending magneta služi za
usmeravanje snopa elektrona prema meti od 74 W gde se
formira prodoran spektar X zraka. Ovako formirani X
zraci prolaze kroz modul za oblikovanje polja zračenja.
Kvalitet dobijenog fotonskog snopa definiše se
parametrima kvaliteta snopa.
Obezbeđivanje kvaliteta u radioterapiji je neophodno za
postizanje bezbednog i efektnog tretmana, tako da je
sistemska primena osiguranja kvaliteta obavezna.
Osiguranje kvaliteta (QA) se definiše se kao sve planirane
i sistematske akcije neophodne za obezbeđivanje
adekvatnog uverenja da proizvod ili usluga zadovoljava
date zahteve za kvalitet. To praktično znači da su dobijeni
rezultati u skladu sa postavljenim ciljevima, i da su
postavljeni standardi ispunjeni.
Kontrola kvaliteta (QC) predstavlja procedure za kontrolu
pojedinačnih metoda i njhove tačnosti, kao i kontrolu svih
parametara odgovarajućih uređaja i opreme koja se koristi
u radioterapiji tako da i parametri kvaliteta snopa podležu
preporukama kontrole kvaliteta [2].
Primena visokih doza zračenja zahteva osiguranje
kvaliteta: kliničkih, radioloških, radiloško-fizičkih i
tehničkih parametara [3]. Radiološko-fizički parametri
podrazumevaju: kvalitet snopa zračenja i polja,
dozimetriju zračenja, izodozno planiranje, proceduru
izvođenja terapije, itd. Ovaj rad odnosi se na kontrolu
parametara kvaliteta snopa zračenja.
Ranije se za definisanje kvaliteta fotonskog snopa koristio
nominalni akceleratorski potencijal i parametar d80 .
Nominalni akceleratorski potencijal određen je naponom
koji se ostvaruje ubrzavanjem elektrona u talasovodu kod
akceleratorskih uređaja. Parametar d80 predstavlja dubinu
80 % dubinske doze za veličinu polja 10 cm x 10 cm, na
SSD od 100 cm [4].
Danas kvalitet snopa definiše procentualna dubinska doza
PDD i odnos tkivo-fantom, TPR20,10 , pre svega za
visokoenergetske fotonske snopove [5].
Mnogi eksperti iz ove oblasti smatraju da prednost treba
dati TPR20,10 , a u praksi se PDD češće koristi.
Procentualna dubinska doza PDD predstavlja odnos
absorbovanih doza na bilo kojoj dubini d i na referentnoj
dubini d 0 , tj. na dubini maksimima duž centralne ose
snopa [1]:
D
PDD = d × 100
(1)
Dd 0
TPR20,10 se definiše kao odnos apsorbovane doze u vodi,
na osi snopa, na dubini 20 cm i 10 cm, u vodenom
fantomu, dobijene na konstantnoj udaljenosti izvorkomora SCD od 100 cm, tj. u izocentru i veličinom polja
10 cm x 10 cm na poziciji detektora. Parametar TPR20,10 je
mera efektivnog koeficijenta atenuacije i pokazuje
približno eksponencijalno opadanje krive fotonske
dubinske doze posle dostizanja dubine maksimalne doze.
Parametar TPR20,10 nezavistan je od elektronske
kontaminacije incidentnog snopa. [5]
Takođe TPR20,10 je moguće dobiti iz relacije [8]:
TPR20 ,10 = 1.2661 PDD20 ,10 − 0.0595 ,
(2)
PDD
gde je
20,10 odnos procentualne dubinske doze na
dubinama 20 cm i 10 cm, dobijenih za veličine polja od 10
cm x 10 cm na površini fantoma kada je SSD = 100 cm.
Ova empirijska jednačina je dobijena od podataka sa skoro
700 akceleratora.
Sa teoretskim vrednostima parametara snopa fotonske
energije 18 MV, datim u BJR [4], može se proveriti
eksperimentalno slaganje, što je i bio cilj ovoga rada. U
tabeli 1 date su vrednosti parametara snopa zračenja, gde
je PDD(10) procentualna dubinska doza na dubini od 10
cm.
Tabela 1. Teoretske vrednosti parametara snopa energije
18 MV
TPR20,10
d 80 [cm]
d 0 [cm]
PDD(10) [%]
79.0
9.7
3.2
0.775
Setom opreme za apsolutnu dozimetriju eksperimentalno
se dobija vrednost TPR20,10 , dok se setom opreme za
relativnu dozimetriju dobijaju procentualne dubinske
doze.
2. MATERIJAL I METODE
Merenja su obavljana na linearnom akceleratoru Elekta
Precise u Kliničkom centru Kragujevac pri fotonskoj
energiji, tj. pri nominalnom akceleratorskom potencijalu
od 18 MV.
Korišćena je oprema za relativnu dozimetriju, IBA
Dosimetry, Wellhofer, vodeni fantom Blue Phantom,
Scanditronix Wellhofer i pripadajući elektrometar sa
dodatnom opremom, za merenje PDD. Za merenje
TPR20,10 koristi se set za apsolutnu dozimetriju: vodeni
fantom WP34, dimenzija (30 x 30 x 30) cm 3 ,
elektrometar Wellhofer Dose 1 i Farmer cilindrična
jonizaciona komora FC65-G. Pošto ovaj tip komore nije
vodootporan, koristi se aplikator od PMMA debljine 1
mm.
Eksperimentalna postavka merenja parametra kvaliteta
snopa TPR20,10 je prikazana na slici 1. Svi referentni
uslovi pri merenju su u tabeli 2. Kada se jonizaciona
komora postavi u tačku izocentra, merenje vršimo
pomeranjem fantoma, tako da je komora na dubini od 20
cm, a zatim se pomera na dubinu od 10 cm (slika 1).
Rezultati merenja TPR20,10 za korisnički snop energije 18
MV, pri uslovima prikazanim u tabeli 2, dati su u tabeli 4.
Vrednosti za D20 i D10 očitane su na elektrometru.
Tabela 4. Obračun TPR20,10 za snop energije 18 MV
Srednja
vrednost
D
TPR20 ,10 = 20
D10
Slika 1. Postavka za merenje TPR20,10
Tabela 2. Referentni uslovi za određivanje parametra
kvaliteta fotonskog snopa TPR20,10
Referentna vrednost ili
Veličina
referentna karakteristika
Materijal fantoma
Voda
Tip komore
cilindrična FC65-G
Dubine merenja
g cm 2 i 10 g cm 2
20
Referentna tačka komore
centralna osa centra
volumena šupljine
Pozicija referentne tačke
komore
SCD
na dubini merenja
100 cm
10 cm x 10 cm, definisana u
ravni referentne tačke
Veličina polja na SCD
komore na zadanoj dubini u
vodenom fantomu
Vrednost PDD je izmerena, a vrednost TPR20,10 ,
je izračunata pomoću jednačine (2), na osnovu Protokola
za dozimetriju IAEA-398, i eksperimentalno određena.
SSD=90 cm
96.78
96.80
96.88
96.83
96.81
96.80
75.16
96.82
0.776
4. DISKUSIJA
Poređenje teoretskih vrednosti parametara kvaliteta snopa,
po BJR protokolu, dodatak 25, i rezultata dobijenih
eksperimentalno, za konkretan korisnički fotonski snop
energije 18 MV, u Kliničkom Centru Kragujevac, date su
u relacijama (3) i (4)
PDD(10) [%] teor -PDD(10) [%] eksp =79.0 %-78.17 % =
=0.83 % ≈ 0.8 %,
TPR20 ,10 teor − TPR20 ,10eksp = 0.775 − 0.776 =
(3)
=0.001
(4)
Dobro slaganje, pri merenju, oba parametra snopa, sa
vrednostima iz protokola, pokazuje stabilnost u radu
linearnog akceleratora Elekta Precise, i daje mogućnost da
se ravnopravno koriste oba parametra u karakterizaciji
kvaliteta snopa.
5. ZAKLJUČAK
3. REZULTATI
Vrednosti PDD(10), dobijene relativnim merenjima, u
Kliničkom Centru Kragujevac, u periodu od 4 godine
(tabela 3).
Tabela 3. Vrednost PDD(10) dobijene u periodu od 4
godine za snop energije 18 MV
PDD1
0 (%)
D10 [cGy],
D20 [cGy],
SSD=80 cm
75.15
75.15
75.17
75.17
75.16
75.17
18.
11.
2005.
28.
07.
2006.
30.
08.
2007.
21.
06.
2008.
17.
10.
2008.
16.
08.
2009.
Srednja
vrednost
78.10
78.44
78.38
77.80
78.00
78.30
78.17
Za kliničke snopove, u najširem korišćenom energetskom
opsegu, ( TPR20,10 između 0.50 i 0.70 približno) primećene
su vrlo male varijacije u odnosu TPR20,10 i zaustavnih
moći voda-vazduh, pri čemu je posmatran 21 klinički
spektar i 16 dodatno izračunatih spektara koji
korespondiraju sa kliničkim snopovima. Za sve
posmatrane kliničke spektre odnos zaustavnih moći vodavazduh i TPR20,10 uklapa se u 0.15% . Moć zaustavljanja
predstavlja energiju naelektrisane čestice izgubljene u
TPR20,10
materijalu.
Nedostatak
parametra
je
nemogućnost izbora odnosa zaustavnih moći sa tačnošću
boljom od 0.5 % za visokoenergetske fotonske snopove
zračenja koji nastaju na nekonvencionalnim kliničkim
akceleratorima (npr. skenirani snop bez flattening filtera)
ili akceleratorima koji imaju mete i filtere znatno deblje
nego kod klasičnih mašina [5].
Linearna veza između PDD i odnosa zaustavnih moći za
sve tipove zračenja, je glavni argument za korišćenje
PDD. U najnovijim publikacijama stav da je PDD dobar
parametar kvaliteta snopa je dat čak i kada postoji izvesna
elektronska kontaminacija na dubini maksimuma, ali za
koju se koriguje vrednost PDD.
Generalni zaključak je da ne postoji univerzalni parametar
kvaliteta snopa koji je zadovoljavajući pri svim mogućim
uslovima za sve opsege fotonskih energija koje se koriste
u radioterapiji, kao i za sve akceleratore upotrebljene u
bolnicama ili standardnim laboratorijama.
Jednostavnost primene metode za određivanje TPR20,10 , i
mogućnost da se meri setom za apsolutnu dozimetriju,
znači da bi se ovaj parametar kvaliteta mogao češće
upotrebljavati u praksi, za brze provere, iako je PDD
parametar najčešće korišćen parametar za definisanje
kvaliteta snopa, po Evropskim porotokolima za primenu
jonizujućeg zračenja u medicini. Sama relativna merenja
iz kojih dobijamo kompletne vrednnost za sve parametre,
kao i PDD, takođe treba što je moguće češće obavljati.
6. LITERATURA
[1] Khan M. Faiz, The physics of radiation therapy,
Lippincott Williams & Wilkins, 2003.
[2] Dr Vesna Spasić Jokić, Quality Assurance of External
Beam Radiotherapy, Laboratory of Physics (010),
VINČA, Institute of Nuclear Sciences, 2005.
[3] D.I. Thwaites, B.J. Mijnheer and J.A. Mills, Quality
Assurance of External beam Radiotherapy, Vienna,
Austria, 2005.
[4] BJR Supplement 25, Central Axis Depth Dose Data for
Use in Radiotherapy, London, 1996
[5] IAEA TRS-398, Absorbed Dose Determination in
External Beam Radiotherapy: An International Code
of Practice for Dosimetry based on Standards of
Absorbed Dose to Water, P. Andreo, D.T. Burns, K.
Hohlfeld, M.S. Huq, T. Kanai, F. Laitano, V.G.
Smyth, S. Vynckier, IAEA, Vienna, 2000.
Kratka biografija:
Nina Petrović, rođena 1975. godine u
Kragujevcu. Diplomirala na PMF, u
Kragujevcu, 2000. godine, na smeru
Primenjena fizika. Trenutno na
postdiplomskim studijama Univerziteta u
Novom Sadu ACIMSI. Zaposlena u KC
Kragujevac, na odeljenju radioterapije od
2002. god.
Jelena Krestić Vesović, rođena 1975.
godine u Kragujevcu. Diplomirala na
PMF, u Kragujevcu, 1999. godine, na
smeru Primenjena fizika. Postdiplomac
fakulteta ACIMSI, Univerziteta u
Novom Sadu. Zaposlena u KC
Kragujevac, na odeljenju radioterapije od
2004. god.
Download

Provera parametara kvaliteta fotonskog snopa na linearnom