Dosimetric challenges of small animal irradiation with a commercial X-ray unit

IntroductionA commercial X-ray unit was recently installed at the Medical University Vienna for partial and whole body irradiation of small experimental animals. For 200 kV X-rays the dose deviations with respect to the reference dose measured in the geometrical center of the potential available field size was investigated for various experimental setup plates used for mouse irradiations. Furthermore, the HVL was measured in mm Al and mm Cu at 200 kV for two types of filtration.Material and MethodsThree different setup constructions for small animal irradiation were dosimetrically characterized, covering field sizes from 9 × 20 mm2 to 210 × 200 mm2. Different types of detectors were investigated. Additionally LiF:MG,Ti TLD chips were used for mouse in-vivo dosimetry.ResultsThe use of an additional 0.5 mm Cu filter reduced the deviation of the dose between each irradiation position on the setup plates. Multiple animals were irradiated at the same time using an individual setup plate for each experimental purpose. The dose deviations of each irradiation position to the center was measured to be ±4% or better. The depth dose curve measured in a solid water phantom was more pronounced for smaller field sizes. The comparison between estimated dose and measured dose in a PMMA phantom regarding the dose decline yielded in a difference of 3.9% at 20 mm depth. In-vivo measurements in a mouse snouts irradiation model confirmed the reference dosimetry, accomplished in PMMA phantoms, in terms of administered dose and deviation within different points of measurement.Discussion and ConclusionThe outlined experiments dealt with a wide variety of dosimetric challenges during the installation of a new X-ray unit in the laboratory. The depth dose profiles measured for different field sizes were in good agreement with literature data. Different field sizes and spatial arrangement of the animals (depending on each purpose) provide additional challenges for the dosimetric measurements. Thorough dosimetric commissioning has to be performed before a new experimental setup is approved for biological experiments.

ZusammenfassungEinleitungEine industrielle Röntgeneinheit wurde an der Medizinischen Universität Wien installiert, um Teil- und Ganzkörperbestrahlungen an kleinen Labortieren durchzuführen. Für 200-kV-Röntgenstrahlen wurde die Abweichung der Dosis auf verschiedenen Bestrahlungsvorrichtungen, bezogen auf einen Referenzpunkt im geometrischen Mittelpunkt der Vorrichtung, bestimmt. Des Weiteren wurden Halbwertsschichtdicken in mm Al und mm Cu bei 200 kV für zwei unterschiedliche Filterungen vermessen.Material und MethodenDrei verschiedenartige Kleintierbestrahlungsgeometrien wurden untersucht. Dabei variierte die Strahlfeldgröße zwischen 9 × 20 mm2 und 210 × 200 mm2. Verschiedene Detektortypen wurden für die dosimetrischen Messungen verwendet. Zusätzlich wurden LiF:MG, Ti TLD für In-vivo-Dosimetrie bei Mäusen angewendet.ResultateDie Verwendung eines zusätzlichen 0,5 mm dicken Kupferfilters reduzierte die Dosisunterschiede zwischen den einzelnen Bestrahlungspositionen auf den jeweiligen Setupvorrichtungen. Diese Setupvorrichtungen sind darauf ausgelegt, mehrere Labortiere simultan zu bestrahlen. Die Dosisabweichung zwischen den einzelnen Bestrahlungspositionen wurde auf unter 4% gemessen. Der in einem „Solid-Water“-Phantom gemessene Dosisabfall war für kleinere Feldgrößen stärker ausgeprägt. Der Vergleich zwischen erwarteter und tatsächlich gemessener Tiefendosis ergab einen Unterschied von 3,9% in 20 mm Tiefe. In-vivo-Experimente in Mausschnauzen konnten die vorab in PMMA-Phantomen gemessene Referenzdosimetrie bestätigen.SchlussfolgerungDie hier angeführten Experimente decken viele typische Fragestellungen ab, die sich dem Anwender während der Kommissionierung einer neuen Röntgenanlage für Kleintierbestrahlungen ergeben. Die Tiefendosisprofile, die für unterschiedliche Feldgrößen gemessen wurden, waren in guter Übereinstimmung mit den Literaturwerten. Unterschiedliche Feldgrößen und Positionierung der Labortiere an den jeweiligen Bestrahlungsvorrichtungen stellten zusätzliche Herausforderungen an die Dosimetrie dar. Daher ist es von essentieller Notwendigkeit, auch zukünftige Vorrichtungen für biologische Experimente dosimetrisch zu kommissionieren.