Up til now, the dosimetry in terms of absorbed dose to water in carbon-ion beams has not reached the same level of accuracy as in high-energy photon beams. This is strongly influenced by the standard uncertainty of the beam quality correction factor kQ. Due to a lack of experimental data, kQ is mainly based on theoretical calculations showing a three times higher uncertainty than in photon beams. In order to reduce this standard uncertainty, experimental kQ factors have been determined for the entrance channel of a monoenergetic carbon-ion beam. Within this thesis, kQ factors are now presented for the spread-out Bragg peak (SOBP) of a carbon-ion beam for the first time. Therefore, the absorbed dose to water in a previously well-characterized irradiation field was determined by means of water calorimetry. To be able to perform these measurements in scanned carbon-ion beams, the SOBP was passively modulated using a static 2D range modulator. Based on the water calorimetric measurements, ionization chambers could be calibrated directly, determining chamber-specific kQ factors with a relative standard uncertainty of 0.7 %. This significant reduction in uncertainty compared to calculated values gives the chance to drastically decrease the overall uncertainty in IC-based dosimetry for clinical carbon-ion beams.
Die Dosimetrie bezogen auf die Wasser-Energiedosis erreicht in Kohlenstoffstrahlen bisher nicht die gleiche Genauigkeit wie in hochenergetischen Photonenstrahlen. Dies ist größtenteils durch die Standardunsicherheit des Korrektionsfaktors für die Strahlenqualität kQ bedingt. Aufgrund fehlender experimenteller Daten basiert kQ hauptsächlich auf theoretischen Berechnungen und weist dadurch eine dreimal höhere Standardunsicherheit auf als in Photonenstrahlen. Um diese Unsicherheit zu reduzieren, wurden experimentelle kQ-Faktoren bereits für den Eingangskanal eines monoenergetischen Kohlenstoffstrahls bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit werden nun erstmals kQ-Faktoren für den Spread-Out-Bragg-Peak (SOBP) eines Kohlenstoffstrahls präsentiert. Dazu wurde die Wasser-Energiedosis in einem zuvor gut charakterisierten Bestrahlungsfeld mit Hilfe von Wasserkalorimetrie bestimmt. Um diese Messungen in gescannten Kohlenstoffstrahlen durchführen zu können, wurde der SOBP passiv mit einem statischen 2D Reichweitenmodulator erzeugt. Basierend auf den kalorimetrischen Messungen konnten Ionisationskammern direkt kalibriert und dabei kammerspezifische kQ-Faktoren mit einer relativen Standardunsicherheit von 0,7 % bestimmt werden. Diese signifikante Reduzierung der Unsicherheit im Vergleich zu berechneten Werten ermöglicht es, die Gesamtunsicherheit in der Ionisationskammer-basierten Dosimetrie für klinische Kohlenstoffstrahlen drastisch zu verringern.
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Zitierung
Holm, K. M. (2021). Absorbed dose to water measurements in the SOBP of a clinical carbon-ion beam using water calorimetry [Dissertation, Universität Heidelberg, 2021]. https://doi.org/10.11588/heidok.00030036
