磁場に結合したメガボルトの光子ビームにおける小空洞チャンバの線量応答

Small-cavity chamber dose response in megavoltage photon beams coupled to magnetic fields.

• Yunuen Cervantes
• Ilias Billas
• David R Shipley
• Simon Duane
• Hugo Bouchard

抄録

MRgRTでは、磁場の存在下で線量測定を行う。高分解能測定のためには、小空洞イオン化チャンバが必要である。ドーズメトリーの補正係数を決定するためにはモンテカルロシミュレーションが必要であるが、小空洞電離箱のモデルは実験値を用いて慎重に検証する必要がある。本研究の目的は、磁場と結合した小空洞チャンバの応答を特徴づけることである。小空洞チャンバ(PTW31010, PTW31016, PTW31021, PTW3022)に6MVの光子ビームを-1.5Tから+1.5Tの間の9つの磁場強度で照射した。チャンバー軸は照射ビームに対して平行又は垂直に配向され、磁場は常にビームに対して垂直である。MCシミュレーションはEGSnrcを用いて行った。COMSOLによる電位計算に基づいて、ガード電極に隣接する非効率(デッドボリューム)を考慮して、チャンバーの感度の高い体積を減少させた。磁場は、磁場がない場合と比較して、平行方向と垂直方向でそれぞれ最大4.1%と4.5%のチャンバー応答に影響を与える。実験とシミュレーションの間の線量応答の最大差は、平行方向と垂直方向でそれぞれ6.1%と4.5%であった。公称体積の15%から23%を占めるデッドボリュームを除去した場合、ほとんどの場合、その差は不確かさの範囲内である。それにもかかわらず、ある特定のチャンバでは、公称体積の減少は、実験と計算された相対応答の間の一致をかろうじて改善した(4.53%から4.13%)。この不一致は、microCT画像から発見されたように、不完全なチャンバー形状モデルに起因する可能性があります。詳細な不確かさ解析を行った。磁場に結合した小空洞イオンチェンバーの応答の特徴付けは複雑である。通常であれば取るに足らないであろう実際のチャンバー形状とモデルチャンバー形状の間の小さな違いが、磁場の存在下では問題となる。小空洞イオンチェンバーのモデル化には、公称体積の正確な特性評価が不可欠である。

In MRgRT, dosimetry measurements are performed in the presence of magnetic fields. For high-resolution measurements, small-cavity ionization chambers are required. While Monte Carlo simulations are essential to determine dosimetry correction factors, models of small-chambers require careful validation with experimental measurements. The aim of this study is to characterize small-cavity chamber response coupled to magnetic fields. Small-cavity chambers (PTW31010, PTW31016, PTW31021 and PTW3022) are irradiated by a 6 MV photon beam for nine magnetic field strengths between -1.5T and +1.5T. The chamber axis is orientated either parallel or perpendicular to the irradiation beam, with the magnetic field always perpendicular to the beam. MC simulations are performed in EGSnrc. The sensitive volume of the chambers is reduced to account for the inefficiency adjacent to the guard electrode (dead volume) based on COMSOL calculations of electric potentials. The magnetic field affects the chamber response by up to 4.1% and 4.5% in the parallel and perpendicular orientations, respectively, compared to no magnetic field. The maximal difference in dose response between experiments and simulations is up to 6.1% and 4.5% for parallel and perpendicular orientation, respectively. When the dead volume is removed, which accounts for the 15%-23% of the nominal volume, the difference, in most cases, is within the stated uncertainties. Nevertheless, for a particular chamber, the reduced nominal volume barely improved the agreement between the experimental and calculated relative response (4.53% to 4.13%). This disagreement may be due to the imperfect chamber geometry model, as was found from microCT images. A detailed uncertainty analysis is presented. The characterization of small-cavity ion chamber response coupled to magnetic fields is complex. Small differences between real and model chamber geometry that normally would be insignificant become an issue in the presence of magnetic fields. Accurate characterization of the nominal volume is essential for small-cavity ion chamber modelling.

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