Correction factors for source strength determination in HDR brachytherapy using the in-phantom method

For the purpose of clinical source strength determination for HDR brachytherapy sources, the German society for Medical Physics (DGMP) recommends in their report 13 the usage of a solid state phantom (Krieger-phantom) with a thimble ionization chamber.In this work, the calibration chain for the determination of the reference air–kerma rate  K˙a,100 and reference dose rate to water  D˙w,1 by ionization chamber measurement in the Krieger-phantom was modeled via Monte Carlo simulations. These calculations were used to determine global correction factors ktot, which allows a user to directly convert the reading of an ionization chamber calibrated in terms of absorbed dose to water  , into the desired quantity K˙a,100 or D˙w,1. The factor ktot was determined for four available 192Ir sources and one 60Co source with three different thimble ionization chambers. Finally, ionization chamber measurements on three μSelectron V2 HDR sources within the Krieger-phantom were performed and K˙a,100 was determined according to three different methods: 1) using a calibration factor in terms of absorbed dose to water w  ith the global correction factor (ktot)K˙a,100 according DGMP 13 2) using a global correction factor calculated via Monte Carlo 3) using a direct reference air–kerma rate calibration factor determined by the national metrology institute PTB.The comparison of Monte Carlo based (ktot)K˙a,100 with those from DGMP 13 showed that the DGMP data were systematically smaller by about 2-2.5%. The experimentally determined (ktot)K˙a,100, based on the direct K˙a,100 calibration were also systematically smaller by about 1.5%. Despite of these systematical deviations, the agreement of the different methods was in almost all cases within the 1σ level of confidence of the interval of their respective uncertainties in a Gaussian distribution. The application of Monte Carlo based (ktot)K˙a,100 for the determination of K˙a,100 for three μSelectron V2 sources revealed the smallest deviation to the manufacturer's source certificate. With the calculated (ktot)K˙a,100 for a 60Co source, the user is now able to accurately determine K˙a,100 of a HDR 60Co source via in-phantom measurement. Moreover, using the presented global correction factor (ktot)D˙w,1, the user is able to determine the future source specification quantity D˙w,1 with the same in-phantom setup.

ZusammenfassungFür die klinische Bestimmung der Quellenstärke von HDR-Brachytherapie-Quellen empfiehlt die Deutsche Gesellschaft für Medizinische Physik (DGMP) in ihrem Bericht Nr. 13 die Verwendung eines Festkörperphantoms (Krieger-Phantom) mit Kompaktionisationskammer.In dieser Arbeit wurde die komplette Kalibrierkette zur Bestimmung der Referenz-Luftkerma-Leistung  K˙a,100 und der Referenz-Wasserenergiedosis-Leistung  D˙w,1 mittels Ionisationskammermessung im Krieger-Phantom mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen nachempfunden. Die Berechnungen wurden genutzt, um einen globalen Korrektionsfaktor ktot zu bestimmen, der es dem Anwender erlaubt, die Anzeige der in Wasserenergiedosis   kalibrierten Ionisationskammer in die gewünschte Größe K˙a,100 bzw. D˙w,1 zu konvertieren. Der Faktor ktot wurde für vier verschiedene 192Ir-Quellen und eine 60Co–Quelle mit jeweils drei unterschiedlichen Kompaktionisationskammern bestimmt. Schließlich wurden Messungen mit den Ionisationskammern im Krieger-Phantom an drei unterschiedlichen μSelectron-V2-Quellen durchgeführt und daraus die Größe K˙a,100 nach drei unterschiedlichen Methoden bestimmt: 1) unter Verwendung des Wasserenergiedosis  -Kalibrierfaktors in Kombination mit dem globalen Korrektionsfaktor (ktot)K˙a,100 nach DGMP 13, 2) Verwendung des globalen Faktors aus einer Monte–Carlo–Simulation, 3) mit Hilfe des von der Physikalisch–Technischen Bundesanstalt (PTB) bestimmten direkten Referenz–Luftkerma–Kalibrierfaktors.Der Vergleich der Monte-Carlo-basierten Faktoren (ktot)K˙a,100, mit denen des DGMP Bericht 13, zeigte, dass die DGMP–Daten systematisch um etwa 2-2.5% geringer sind. Die experimentell bestimmten Faktoren (ktot)K˙a,100, welche auf der direkten K˙a,100-Kalibrierung basieren, waren ebenfalls systematisch um etwa 1.5% geringer. Trotz dieser systematischen Abweichungen lag die Übereinstimmung der verschiedenen Methoden in nahezu allen Fällen innerhalb des 1σ-Konfidenzintervalls einer Gaußverteilung ihrer entsprechenden Unsicherheiten. Die Anwendung des Monte-Carlo-basierten Korrektionsfaktors zur Bestimmung von K˙a,100 für drei unterschiedliche Quellen vom Typ μSelectron V2 ergab die geringste Abweichung zum Quellenzertifikat des Herstellers. Mit dem berechneten Faktor (ktot)K˙a,100 für eine 60Co-Quelle ist der Anwender in der Lage K˙a,100 einer HDR 60Co-Quelle mittels der Phantom-Methode zu bestimmen. Weiterhin ist es mit den präsentierten globalen Korrektionsfaktoren (ktot)D˙w,1 möglich, mit Hilfe des bekannten Phantom-Messaufbaus, die zukünftige Quellen-Spezifikationsgröße D˙w,1 zu bestimmen.