Investigation of correction factors for non-reference conditions in ion chamber photon dosimetry with Monte-Carlo simulations

Current dosimetry protocols require geometrical reference conditions for the determination of absorbed dose in external radiotherapy. Whenever these geometrical conditions cannot be maintained the application of additional corrections becomes necessary, in principle. The current DIN6800-2 protocol includes a corresponding factor kNRkNR, but numerical values are lacking and no definite information about the magnitude of this correction is available yet.This study presents Monte-Carlo based calculations within the 6 MV-X photon field of a linear accelerator for a common used ion chamber (PTW31010) employing the EGSnrc code system. The linear accelerator model was matched to measurements, showing good agreement and is used as a realistic source. The individual perturbation correction factors as well as the resulting correction factor kNRkNR were calculated as a function of depth for three field sizes, as a function of central axis distance for the largest field and within the build-up region. The behaviour of the ion chamber was further investigated for an idealized hypothetical field boundary.Within the field of the linear accelerator where charged particle equilibrium is achieved the factor kNRkNR was generally below ∼∼0.5%. In the build-up region a depth dependent correction of up to 2% was calculated when positioning the chamber according to DIN6800-2. Minimizing the depth dependence of the corrections in the build-up region lead to a slightly different positioning of the ion chamber as currently recommended. In regions of the hypothetical field boundary with missing charged particle equilibrium and high dose gradients, the ion chamber response changed by up to ∼∼40%, caused by the comparatively large volume (0.125 cm33) of the investigated chamber.

ZusammenfassungZur Ermittlung der Wasser-Energiedosis in der Dosimetrie hochenergetischer Strahlung werden geometrische Referenzbedingungen gefordert. Können diese nicht eingehalten werden, so wird die Anwendung zusätzlicher Korrektionsfaktoren neben den bekannten Korrektionen im Prinzip nötig. Im aktuellen DIN6800-2-Dosimetrie-Protokoll wurde ein ensprechender Faktor kNRkNR eingeführt, allerdings bisher ohne Zahlenwerte und definitive Informationen zu seiner Größenordnung.In dieser Arbeit wurde unter Anwendung von Monte-Carlo-Simulationen das Verhalten einer gebräuchlichen Ioniationskammer (PTW31010) im 6 MV-X-Photonenfeld untersucht. Das Modell eines Linearbeschleunigers wurde an entsprechende Messungen angepasst und als realistische Strahlungsquelle genutzt. Sowohl einzelne Störungsfaktoren als auch der resultierende Gesamtkorrektionsfaktor kNRkNR wurden als Funktion der Tiefe für drei Feldgrößen, als Funktion des Abstands zur Zentralachse für das größte Feld und im Aufbaubereich berechnet. Das Verhalten der Ionisationskammer wurde weiterhin innerhalb einer hypothetischen Feldgrenze untersucht. Solange Sekundärelektronengleichgewicht existiert, weicht der Faktor kNRkNR um weniger als ∼∼0,5% von eins ab. Im Aufbaubereich wurden tiefenabhängige Korrektionen von bis zu 2% berechnet, wenn die Positionierung der Ionisationskammer nach DIN6800-2 berücksichtigt wurde. Eine Minimierung dieser Tiefenabhängigkeit im Aufbaubereich führt zu einer minimal anderen Positionierung als der derzeit Empfohlenen. In Regionen des hypothetischen Feldrands mit Sekundärelektronengleichgewicht und großen Dosisgradienten wurden für die untersuchte Ionisationskammer Störungen bis zu ∼∼40% berechnet, vor allem hervorgerufen durch das verhältnismäßig große Volumen der untersuchten Kammer von 0,125 cm33.