Measurements of doses from photon beam irradiation and scattered neutrons in an anthropomorphic phantom model of prostate cancer: a comparison between 3DCRT, IMRT and tomotherapy

Abstract

Introduction. The rapid development of new radiotherapy technologies, such as intensity modulated radiotherapy (IMRT) or tomotherapy, has resulted in the capacity to deliver a more homogenous dose in the target. However, the higher doses associated with these techniques are a reason for concern because they may increase the dose outside the target. In the present study, we compared 3DCRT, IMRT and tomotherapy to assess the doses to organs at risk (OARs) resulting from photon beam irradiation and scattered neutrons. Material and methods. The doses to OARs outside the target were measured in an anthropomorphic Alderson phantom using thermoluminescence detectors (TLD 100) 6Li (7.5%) and 7Li (92.5%). The neutron fluence rate [cm−2·s−1] at chosen points inside the phantom was measured with gold foils (0.5 cm diameter, mean surface density of 0.108 g/cm3). Results. The doses [Gy] delivered to the OARs for 3DCRT, IMRT and tomotherapy respectively, were as follows: thyroid gland (0.62 ± 0.001 vs. 2.88 ± 0.004 vs. 0.58 ± 0.003); lung (0.99 ± 0.003 vs. 4.78 ± 0.006 vs. 0.67 ± 0.003); bladder (80.61 ± 0.054 vs. 53.75 ± 0.070 vs. 34.71 ± 0.059); and testes (4.38 ± 0.017 vs. 6.48 ± 0.013 vs. 4.39 ± 0.020). The neutron dose from 20 MV X-ray beam accounted for 0.5% of the therapeutic dose prescribed in the PTV. The further from the field edge the higher the contribution of this secondary radiation dose (from 8% to ~45%). Conclusion. For tomotherapy, all OARs outside the therapeutic field are well-spared. In contrast, IMRT achieved better sparing than 3DCRT only in the bladder. The photoneutron dose from the use of high-energy X-ray beam constituted a notable portion (0.5%) of the therapeutic dose prescribed to the PTV.

Pomiary rozkładów dawek poza obszarem terapeutycznym na wybranych głębokościach i odległościach od osi wiązki.

“…Współcześnie techniki radioterapii, takie jak: 3DCRT ( 3DCRT -3D Conformal Radiation Therapy), IMRT i terapia protonowa w porównaniu do wcześniejszych metod, zapewniają lepszą homogenność dawki w obszarze guza i niższe dawki dla narządów krytycznych. Odbywa się to jednak kosztem większej dawki w narządach odległych ze względu na: zastosowanie wyższej energii, dłuższego czasu napromieniania oraz występowania promieniowania neutronowego [8,9]. Autorzy A. Kowalik i współpracownicy przeprowadzili w 2012 r. badanie pomiaru dawki w fantomie antropomorficznym w wybranych narządach krytycznych, takich jak płuca, tarczyca, pęcherz moczowy i jądra za pomocą trzech technik napromieniowania raka prostaty: 3DCRT, IMRT i Tomoterapii [8].…”

“…Odbywa się to jednak kosztem większej dawki w narządach odległych ze względu na: zastosowanie wyższej energii, dłuższego czasu napromieniania oraz występowania promieniowania neutronowego [8,9]. Autorzy A. Kowalik i współpracownicy przeprowadzili w 2012 r. badanie pomiaru dawki w fantomie antropomorficznym w wybranych narządach krytycznych, takich jak płuca, tarczyca, pęcherz moczowy i jądra za pomocą trzech technik napromieniowania raka prostaty: 3DCRT, IMRT i Tomoterapii [8]. W badaniu do pomiaru wykorzystano fantom antropomorficzny Aldersona oraz detektory termoluminescencyjne (TLD 100, Harshaw) zbudowane z 6Li (7,5%) i 7Li (92,5%).…”

“…Autorzy ze względu na techniczne ograniczenia fantomu zaprezentowali badanie, w którym uwzględniono tylko jedno otwarte pole napromieniania. Zaawansowane, wielopolowe techniki napromieniania i ich wpływ na dawkę w narządach odległych od objętości leczonej zostały zaprezentowane we wcześniejszym badaniu autorów [8]. D.S.…”

On the role of LET-dependent parameters in the determination of the absorbed dose by in-phantom recombination chambers

“…Therefore, the sensitivity of the chamber to the reference radiation, A, defi ned as the ratio of the electrical charge generated in the gas cavity to the absorbed dose in the material adjacent to the gas cavity, can be expressed as: where: K m is the kerma of the reference radiation in material m, introduced here in order to show the transformation of the formula;  ma is the ratio of mass energy transfer coeffi cients in material m and in air; k a,r is a coeffi cient which accounts for attenuation and scattering; index c indicates that the equation concerns calibration in the fi eld of the reference radiation. The mass (V) of the gas can be derived from the experimentally measured sensitivity, using relationship (19): (19) By combining Eqs. (14) and (19), the absorbed dose in phantom material t can be expressed as: (20) It is worth underlining that two fi nal factors in Eq.…”

“…Recently, the interest in such measurements has increased, mainly because of the attention paid to neutron doses (and equivalent doses) in terms of X-ray radiotherapy [11][12][13][14][15][16][17][18][19][20]. It is also associated with the broader use of proton therapy [21][22][23][24][25] and renewed interest in boron neutron capture therapy (BNCT) [26][27][28][29], thus, in the treatment modalities where the recombination chambers can be used for the characterization and monitoring of the beam for quality assurance purposes.…”