Backscattered Dose Perturbation Effects at Metallic Interfaces Irradiated by High-Energy X- and Gamma-Ray Therapeutic Beams

Purpose:

To analyze backscattered dose enhancements near different metallic interfaces for cobalt-60 (⁶⁰Co) gamma rays and 6- and 18-MV photon beams.

Material and Methods:

Measurements were carried out with a PTW thin-window, parallel-plate ionization chamber and an RDM-1F electrometer. Thin sheets of aluminum, mild steel, copper, cadmium and lead were used as inhomogeneities. The chamber was positioned below the inhomogenities with the gantry maintained under the couch.

Results:

It can be noticed that the backscatter dose factor (BSDF) reaches the saturation value within few millimeters of all inhomogeneities and the thickness at which the saturation value is reached depends on the atomic number of the inhomogeneity. The amount of backscattered radiation was noticed to be greater with lesser-energy photons (⁶⁰Co) compared to the higherenergy photons. The BSDF varies across the beam when the inhomogeneity is present due to the change in beam quality. The backscattered electrons from lead inhomogeneity have a range in the order of 5–7 mm.

Conclusion:

Higher atomic number inhomogeneities result in an increase in BSDF, as they have higher scattering cross section for the secondary electrons. The increase in dose was noticed for few millimeters upstream from the metallic inhomogeneity, which suggests that the range of backscattered electrons is very small. Since the factors affecting the BSDF at the interface are energydependent, it is expected that the variation in BSDF will also be sensitive to the beam energy.

Ziel:

Analyse der Verstärkung der Rückstreudosis an unterschiedlichen metallischen Grenzflächen für Kobalt-60-(⁶⁰Co-)Gamma-Strahlen sowie für 6- und 18MV-Photonen-Strahlung.

Material und Methode:

Die Messungen wurden in einer dünnwandigen PTW-Parallelplatten-Ionisationskammer mit einem RDM- 1F-Elektrometer durchgeführt. Dünne Platten aus Aluminium, Weichstahl, Kupfer, Cadmium und Blei dienten als Grenzflächen. Die Ionisationskammer wurde unterhalb der Grenzflächen platziert, wobei sich die Gantry unter der Liegefläche befand.

Ergebnisse:

Es wurde festgestellt, dass der Rückstreudosisfaktor (BSDF) seinen Sättigungswert innerhalb weniger Millimeter aller Grenzflächenmaterialien erreicht, wobei die Dicke, bei der der Sättigungswert erreicht wird, von der Kernladungszahl des Grenzflächenmaterials abhängt. Weiter wurde festgestellt, dass der Anteil rückgestreuter Strahlung bei weniger energiereichen Photonen (⁶⁰Co) geringer ausfällt im Vergleich zu höherenergetischen Photonen. Der BSDF variiert in Gegenwart der Grenzfläche innerhalb des Strahlenbündels aufgrund von Veränderungen der Strahlenqualität. Die Elektronen, die von der Blei-Grenzfläche rückgestreut werden, haben eine Reichweite von 5–7 mm.

Schlussfolgerung:

Grenzflächenmaterialien mit höherer Kernladungszahl bewirken eine Zunahme des BSDF, da sie für die Sekundärelektronen einen höheren Streuquerschnitt aufweisen. Die Dosiszunahme wurde wenige Millimeter vor der metallischen Grenzfläche festgestellt, was auf eine sehr geringe Reichweite der rückgestreuten Elektronen hinweist. Da die Faktoren, die den BSDF an der Grenzfläche beeinflussen, energieabhängig sind, ist zu erwarten, dass die Variabilität des BSDF auch auf die Strahlungsenergie reagiert.