Spectral reconstruction of clinical megavoltage photon beams and the implications of spectral determination on the dosimetry of such beams

Abstract

An analysis technique, based on simulated annealing, is described which is employed to derive megavoltage photon beam spectral information from narrow beam attenuation measurements. Megavoltage photon beam spectra have been determined using this technique for linear accelerators from different manufacturers, and different models from individual manufacturers at a range of energies from nominal 6 MV to nominal 25 MV. All of the photon beams included in the study are in routine clinical use. The subsequent effects on dosimetry of employing derived primary spectra to specify beam quality are examined. The results suggest that the quality index TPR(20)10 may be insensitive to beam quality changes for high-energy beams in the range of 15 MV to 25 MV. Although the quality index may be insensitive as a beam quality specifier at these higher qualities, the actual difference in the calculated dose delivered using derived spectra as the quality specifier rather than TPR(20)10 is likely to be small, the results obtained indicating a difference of between 0.2% and 0.7% in the calculated dose delivered.

Photon Spectra calculation for an Elekta linac beam using experimental scatter measurements and Monte Carlo techniques.

“…In equation (1), T is the total energy of electron incident on the target in MeV, and t the hypothetical thickness of target material equivalent in attenuation to the entire filtering system (target, flattening filter, etc) and µ t (k) is the total linear attenuation coefficient for the target's material at energy k, extracted from NIST database tables. …”

“…Therefore, an alternative way of calculating the beam photon spectra of a linear accelerator based on indirect measures has been performed [1].…”

Aplicación del Método de Monte Carlo a la Planificación en Radioterapia y a la Reconstrucción de Espectros de Fotones de Aceleradores Lineales de Partículas (LinAc)

“…La necesidad de un método práctico y sencillo para la determinación del espectro de energía de un haz de fotones emitido por un acelerador lineal médico se ha estudiado por diferentes autores [Baker et al, 1995], [Nisbet et al, 1998], [Partridge, 2000], [Piermattei et al, 1990]. Un método de estas características proporcionaría los medios necesarios para una mejor precisión dosimétrica en el tratamiento, una verificación de la calidad periódica del haz y la optimización de los dispositivos electrónicos de imagen portal.…”

“…Otras técnicas de reconstrucción del espectro han utilizado datos empíricos de radiación medidos por espectrometría (por ejemplo, [Faddegon et al, 1990] o [Landry y Anderson, 1991]). La reconstrucción a partir de medidas experimentales o bien a partir de cálculos dosimétricos, por lo general a partir de curvas de dosis en profundidad [Bloch et al, 1998], [Archer et al,1985], [Nisbet et al,1998], son otras metodologías conocidas.…”

“…Una amplia gama de técnicas se han propuesto para determinar el espectro Bremsstrahlung emitido por un Linac, tal y como se describió en apartados anteriores. La reconstrucción a partir de medidas experimentales o bien a partir de cálculos dosimétricos, por lo general a partir de curvas de dosis en profundidad [Bloch et al, 1998], [Archer et al, 1985], [Nisbet et al, 1998], son metodologías reconocidas. La reconstrucción a partir de los datos de las curvas de dosis en profundidad es el método en el que se centra este punto.…”