Use of composite non-uniform radiation fields, which consist of a multitude of small fields, is very common in modern radiotherapy techniques. The conventional reference dosimetry protocols, however, use a 10 × 10 cm2 field as the reference machine calibration condition. The purpose of this work is to develop new, direct absorbed dose calibration methods for modern radiotherapy techniques that use static and composite nonstandard fields. An IAEA-AAPM international working group [Med. Phys. 35:5179–5186 (2008)] proposed a new formalism and introduced two intermediate fields, machine specific reference (msr) field fmsr and plan-class specific reference (pcsr) field fpcsr, for reference dosimetry of static and composite nonstandard fields, respectively. In the new formalism, correction factors which account for the difference in chamber calibration conditions between the reference field and msr field k^fmsr,fref_Qmsr,Q , pcsr field k^fpcsr,fref_Qpcsr,Q or clinical field k^fclin,fref_Qclin,Q were defined. This thesis focuses on the characterization of these correction factors. The dosimetry techniques to accurately measure the absorbed dose to water in nonstandard fields were established using four different radiation detectors, for which collecting volumes are radiologically water-equivalent. The characteristics of each radiation detector response were thoroughly investigated. Dose measurementin a nonstandard field normalized to that in the reference 10 × 10 cm2 field can be performed with an uncertainty of 0.2–0.3% when the dose distribution in the reference measurement region is homogeneous. Correction factors k^fmsr,fref_Qmsr,Q and k^fpcsr,fref_Qpcsr,Q were measured for one static nonstandard field and two different composite nonstandard fields, respectively, using different types of air-filled ionization chambers. Using the established dosimetry techniques, the k^fpcsr,fref_Qpcsr,Q were measured for different composite nonstandard fields which deliver various dose distributions in the reference measurement region. This work proved that the values of k^fpcsr,fref_Qpcsr,Q depend on the dose heterogeneity over the chamber collecting volume. Based on the measurement results, guidelines were suggested to select a new intermediate field for reference dosimetry of composite nonstandard fields. Finally, the IAEA-AAPM new formalism with values of k^fclin,fref_Qclin,Q obtained by experiments and MC methods was applied to reference dose measurement of clinical composite nonstandard fields using a calibrated air-filled ionization chamber. The corrected measured dose for each clinical field was compared with dose calculated using clinical treatment planning software or Monte Carlo methods. It was found that the accurate positioning of the reference detector and air-filled ionization chamber becomes more important when the dose heterogeneity in the reference measurement region increases. In conclusion, this thesis provides a method for accurate dose measurements in static and composite nonstandard fields. This work will help pave the way to improve the dosimetric consistency in these dynamic modern radiotherapy techniques. / L'utilisation de champs de rayonnement composes non uniformes, qui consistent en une multitude de petits champs, est tres commune dans les techniques modernes de radiotherapie. Cependant, les protocoles de dosimetrie de reference conventionnels utilisent un champ standard de 10×10 cm2 pour calibrer les appareils. Le but de ce travail est de developper de nouvelles methodes de calibration de la dose absorbee pour des techniques modernes de radiotherapie, ce en utilisant autant des champs statiques que des champs composes non standards. Le groupe de travail AIEA-AAPM a propose un nouveau formalisme qui introduit deux champs intermediaires, soient le champ specifique a l'appareil (fmsr) et le champ specifique au plan de traitement (fpcsr), ce pour la dosimetrie de reference des champs statiques et des champs composes non standards, respectivement. Dans ce nouveau formalisme, des facteurs de corrections ontete definis afin de tenir compte des conditions de calibration de la chambre qui different entre le champ de reference et les champs fmsr, fpcsr ainsi que les champs cliniques (fclin). Ces facteurs sont respectivement d´efinis ainsi: k^fmsr,fref_Qmsr,Q , k^fpcsr,fref_Qpcsr,Q et k^fclin,fref_Qclin,Q . Cette these comporte sur la caracterisation exprimentale de ces facteurs de correction. Les techniques de dosimetrie visant a mesurer precisement la dose absorbe dans l'eau pour des champs non standards ont ete etablies en utilisant quatre differents detecteurs de radiation, chacun ayant un volume sensible radiologiquement equivalent a l'eau. Les caracteristiques de chaque detecteur ont ete approfondies. Les mesures de dose dans un champ non standard normalise a un champ de reference de 10×10 cm2 peuvent etre obtenues avec une incertitude de 0.2-0.3% lorsque la distribution de dose dans la region de mesure de reference est homogene. Les facteurs de correction k^fmsr,fref_Qmsr,Q et k^fpcsr,fref_Qpcsr,Q ont ete mesures pour un champ statique non standard et pour deux differents champs composes non standards, respectivement, en utilisant differents types de chambres d'ionisation a air. En utilisant les techniques de dosimetries etablies, les k^fpcsr,fref_Qpcsr,Q ont ete mesures pour plusieurs champs composes non standards qui produisent diff´erentes distributions de dose dans la region de mesure de reference. Ce travail demontre que les valeurs de k^fpcsr,fref_Qpcsr,Q d´ependent de l'heterogeneite de la dose dans le volume sensible de la chambre. Base sur les resultats des mesures, des lignes de conduite sont suggereespour determiner un champ intermediaire necessaire a la dosimetrie de reference des champs composes non standards. Finalement, le nouveau formalisme de l'AIEA-AAPM a ete applique a des mesures de dose de reference de champs composes non standards cliniques avec les valeurs k^fclin,fref_Qclin,Q obtenues experimentalement et avec des methodes Monte Carlo pour une chambre d'ionisation a air etalonnee. La dose mesuree et corrigee pourchacun des champs a ete comparee avec la dose calculee en utilisant un logiciel de planification de traitement ou des methodes Monte Carlo. Il a ete determine que la precision du positionnement du detecteur de reference ainsi que celui de la chambre d'ionisation a air devient plus important lorsque l'heterogeneite de dose dans la regionde mesure augmente. En conclusion, cette these fournit une methode precise de mesure de la dose absorbee pour des champs statiques et des champs compose non standards. Ce travail aidera a ameliorer la coherence des methodes dosimetrique appliquables aux techniques modernes de radiotherapie.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117004 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Chung, Eunah |
| Contributors | Jan Peter Frans Seuntjens (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Physics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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