Experimental determination of peripheral photon dose components for different IMRT techniques and linear accelerators

PurposeTo quantify the relative peripheral photon doses (PD) to healthy tissues outside the treated region for different IMRT technologies and linac head designs.Material and MethodsMeasurements were performed on an Elekta linac for various energies (6 MV, 10 MV, 25 MV) at different depths at a distance of 29 cm off-axis (vertical measurements) and different distances from the field edge at constant depth of 10 cm (horizontal measurements). These measurements were compared with results obtained on a Siemens linac at 6 MV and 15 MV [26]. TLD-700 detectors were used to quantify the PDs relative to the dose in the volume exposed with the primary beam. Intensity modulated (IM)-beams with identical fluence patterns were generated with a segmental multileaf (sMLC) technique and with lead-containing cerrobend compensators (MCP96). PD values of IM beams were compared with open beam values. All measurement results of the two different linacs, the different IM methods and the different energies were normalized to the same mean dose.ResultsPD values were distinctly higher near the surface (0.5–20 mm) than at larger depth and showed the same trend for all photon beam energies. In comparison with the open field, the photon dose component of PD for IM beams delivered with a segmental MLC technique were increased by a factor varying from 1.2 to 1.8, depending on photon energy and depth. This ratio was around 2 for compensator based IMRT. Depending on depth and distance from the field edge the PD on the Siemens machine was about 30% to 50% higher than on the Elekta machine for the same nominal photon energy.ConclusionThe treatment head design of a linac has a large impact on PD in IMRT as well as for open beams. PD can be minimized by proper selection of treatment delivery method and photon beam energy.

ZusammenfassungProblemstellungZiel der Arbeit war die Bestimmung der relativen peripheren Photonendosis (PD) für gesundes Gewebe außerhalb der primär bestrahlten Region bei verschiedenen IMRT-Techniken und Linearbeschleunigerkopfdesigns.Material and MethodenDie Messungen erfolgten an einem Elekta-Linearbeschleuniger mit verschiedenen Energien (6 MV, 10 MV, 25 MV) in verschiedenen Tiefen im Abstand von 29 cm vom Zentralstrahl (vertikale Messungen) und in verschiedenen Abständen vom Feldrand in einer Tiefe von 10 cm (horizontale Messungen). Diese Messungen wurden verglichen mit den Ergebnissen der Messungen an einem Siemens-Linearbeschleuniger mit 6 MV und 15 MV [26]. Zur Bestimmung der peripheren Dosis wurden TLD-700-Detektoren verwendet. Die so gemessene Dosis wurde in Relation zur Dosis im primär bestrahlten Bereich gesetzt. Intensitätsmodulierte Felder mit identischen Fluenzverteilungen wurden mit einem Multileafkollimator und mit einem Kompensator, der aus einer gefrästen Negativform gefüllt mit MCP96 bestand, erzeugt. Die relativen peripheren Dosiswerte der intensitätsmodulierten Felder wurden mit offenen homogenen Feldern verglichen. Alle Messergebnissse für beide Beschleuniger, für die unterschiedlichen IMRT-Techniken und die verschiedenen Energien wurden auf die gleiche mittlere Dosis im primär bestrahlten Bereich normiert.ErgebnisseDie PD-Werte sind oberflächennah (Tiefe=0,5–20 mm) deutlich höher als in größeren Tiefe und zeigen diesen Trend für alle Energien. Im Vergleich mit dem offenen Feld sind die PD-Werte für das MLC-basierte IMRT-Feld um den Faktor 1,2 bis 1,8 in Abhängigkeit von Messtiefe und Photonenenergie erhöht. Dieses Verhältnis betrug ca. 2 für das durch den Kompensator modulierte Feld. In Abhängigkeit von der Messtiefe und dem Abstand vom Feldrand war die PD des Siemens-Beschleunigers ca.30% bis 50% höher als bei dem Elekta-Beschleuniger bei der gleichen nominellen Photonenenergie.SchlussfolgerungDas Design des Kollimatorkopfes eines Beschleunigers hat eine große Bedeutung für die PD sowohl bei IMRT als auch bei offenen Strahlenfeldern. Die PD kann bei sinnvoller Wahl der IMRT-Technik und der Photonenenergie minimiert werden.