The aim of this project is to quantify the energy response of the existing EBT-2 model GAFCHROMICTM film and investigate for the eventual possible chemical compositions with improved energy response. In this work, the overall energy dependence of the EBT-2 model GAFCHROMICTM film is quantized through intrinsic and absorbed dose energy response. Absorbed dose energy response is studied by calculating dose to film sensitive layer and dose to water using DOSRZnrc of EGSnrcMP Monte Carlo user-code. The film was simulated inside a large body of solid water for megavoltage beams, while at kilovoltage energies the film was modeled in air. The simulations were repeated to score the dose to water for megavoltage and air kerma for kilo-voltage beams, respectively. The intrinsic energy response is quantified through a measurement of total energy response divided by the Monte Carlo calculated absorbed dose energy response. The measurements consisted of delivering an exact dose of 2 Gy to the sensitive layer of the film at orthovoltage energies (50 kVp, 120 kVp, and 180 kVp), 192Ir and 60Co beam. AAPM TG-51 and TG-61 reports were used to determine the dose-to-water and air-kerma in air in megavoltage and orthovoltage beams, respectively, while Monte Carlo simulated corrections were used to convert these results to the desired dose to the sensitive layer of the film. For EBT-2 model GAFCHROMICTM film, the overall energy dependence was found to vary by 39 % in the effective energy range from 24 keV to 1.25 MeV (for 60Co beam). It was determined that intrinsic (LET-dependent) energy dependence also plays an important role in the total energy dependence of EBT-2 model GAFCHROMICTM film and cannot be ignored.The absorbed dose energy dependence was also studied for a wide variety of film active layer compositions in a 10 keV-100 keV energy range as well as at 60Co using Monte Carlo simulations. The composition of the film active layer was varied according to physical limits set by the manufacturer. High atomic number elements (chlorine and bromine) were found to affect absorbed dose response drastically. Addition of bromine was found to affect film's response in the 40-50 keV region, while chlorine affected the entire region below 100 keV. Through numerical optimization of the composition of the active layer, it was thus possible to reduce the absorbed dose energy dependence and suggest new compositions with absorbed dose energy dependence variation of 4 % in the effective energy range of 28 keV to 1.25 MeV (for 60Co beam) / L'objectif de ce projet est de quantifier la réponse énergétique du film EBT-2 GAFCHROMICTM et d'enquêter sur les compositions chimiques possibles permettant une amélioration de sa réponse énergétique. Dans cette étude, la dépendance énergétique globale du film EBT-2 GAFCHROMICTM est quantifiée en terme de réponse énergétique intrinsèque et de dose absorbée. La réponse énergétique du film en terme de dose absorbée est étudiée par le calcul de la dose à la couche sensible du film et la dose équivalente dans l'eau en utilisant les algorithmes de calcul Monte Carlo DOSRZnrc et EGSnrcMP. Le film a été simulé à l'intérieur d'une grande masse d'eau solide lorsqu'irradié par des faisceaux de haute énergie (mégavoltage) et dans l'air lorsqu'irradié par des faisceaux de basse énergie (kilovoltage). Les simulations ont été répétées plusieurs fois afin de déterminer la dose équivalente dans l'eau pour les faisceaux mégavoltage (MV) et le kerma dans l'air pour les faisceaux kilovoltage (kV). La réponse énergétique intrinsèque est quantifiée par la mesure expérimentale de la réponse énergétique totale divisée par la dose absorbée calculée par simulations Monte Carlo. Les mesures expérimentales consistaient à délivrer une dose exacte de 2 Gy à la couche sensible du film pour des faisceaux à des énergies orthovoltage (50 kVp, 120 kVp et 180 kVp), un faisceau192Ir et un faisceau60Co. Les rapports TG-51 et TG-61 de l'AAPM ont été utilisés afin de déterminer la dose à une petite masse d'eau dans l'air et le kerma d'une petite masse d'air dans l'air pour des faisceaux à énergies mégavoltage et orthovoltage, respectivement. De plus, des facteurs de correction calculés par simulations Monte Carlo ont été utilisés afin de convertir ces résultats à la dose voulue à la couche sensible du film. Pour le film EBT-2 GAFCHROMICTM, la dépendance énergétique globale révèle une variation de 39% à l'intérieur de la gamme d'énergie effective de 24 keV à 1.25 MeV (faisceau60Co). Il a été déterminé qu'une dépendance énergétique intrinsèque (LET-dépendant) joue également un rôle important dans la dépendance énergétique totale du film EBT-2 GAFCHROMICTM et ne peut être ignorée. La dépendance énergétique du film en terme de dose absorbée a également été étudiée pour une grande variété de compositions différentes de la couche active du film, et ce en utilisant les simulations Monte Carlo pour une gamme d'énergie de faisceaux de 10 keV-100 keV ainsi que pour un faisceau de 60Co. La composition de la couche active du film a été variée en fonction des limites physiques fixées par le fabricant. Il a été déterminé que des éléments ayant de hauts numéros atomiques (chlore et brome) influence drastiquement la réponse énergétique en terme de dose absorbée. En fait, il a été déterminé que l'addition de brome affecte la réponse énergétique du film pour la gamme d'énergie allant de 40-50 keV, tandis que le chlore affecte les énergies au-dessous de 100 keV. Grâce à l'optimisation numérique de la composition de la couche active, il a été ainsi possible de réduire la dépendance énergétique du film en terme de dose absorbée et aussi de suggérer de nouvelles compositions possédant une variation de la dépendance énergétique du film en terme de dose absorbée de 4% dans la gamme d'énergie effective de 28 keV à 1,25 MeV (faisceau de 60Co).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.107887 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Singh, Khushdeep |
| Contributors | Jan Peter Frans Seuntjens (Internal/Cosupervisor2), Slobodan Devic (Internal/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 | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Medical Physics Unit) |
| 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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