Vergleich zwischen experimentellen und berechneten Verhältnissen DW/Ka im Bereich der Röntgenstrahlung mit Erzeugungsspannungen von 70 kV bis 280 kV

Messgröße in der Dosimetrie für die Therapie mit Röntgenstrahlung ist die Wasser-Energiedosis D_W. Da bislang kein Primärnormal für diese Messgröße im Bereich der Röntgenstrahlung mittlerer Energie existiert, wird die Dosismessung über die ionometrische Bestimmung der Messgröße Luftkerma, K_a, und unter Verwendung von berechneten Konversionsfaktoren zur Umrechnung in Wasser-Energiedosis durchgeführt. Ein Wasserkalorimeter ist prinzipiell als Primärnormal auch im Bereich der Röntgenstrahlung geeignet und wurde bei 6 verschiedenen Röntgenqualitäten zur direkten D_W-Bestimmung eingesetzt. Ein Vergleich der Ergebnisse der kalorimetrischen D_W-Bestimmung und der ionometrischen K_a-Bestimmung mit dem über Monte-Carlo-Methoden berechneten Verhältnis beider Messgrößen zeigt nach vorläufiger Auswertung eine Übereinstimmung innerhalb von ca. +/- 1,5%.

Messgröße in der Dosimetrie der Röntgenstrahlung ist die Wasser-Energiedosis, D_W. Da bislang kein Primärnormal für diese Messgröße im Bereich der Röntgenstrahlung mittlerer Energie existiert, wird gegenwärtig in der PTB die Dosismessung über die ionometrische Bestimmung der Messgröße Luftkerma, K_a, und unter Verwendung von berechneten Konversionsfaktoren zur Umrechnung in Wasser-Energiedosis durchgeführt. Ein Wasserkalorimeter ist prinzipiell als Primärnormal auch im Bereich der Röntgenstrahlung geeignet und wurde bei mehreren Röntgenstrahlungsqualitäten zur direkten DW-Bestimmung eingesetzt. Des Weiteren wurden die Ergebnisse der kalorimetrischen D_W-Bestimmung und der ionometrischen K_a-Bestimmung mit dem über Monte-Carlo-Methoden berechneten Verhältnis beider Messgrößen verglichen.

Mit Hilfe des transportablen Wasserkalorimeters der PTB wurden Experimente zur direkten Bestimmung der Wasser-Energiedosis für 6 verschiedene Röntgenstrahlungsqualitäten mit Erzeugungsspannungen von 70 kV bis 280 kV durchgeführt. Dazu wurde das Kalorimeter je nach Bestrahlungsanlage in einem Fokus-Messort-Abstand von 55 cm bzw. 88 cm vor der Röntgenanlage aufgebaut. Der Durchmesser des Strahlungsfeldes am Messort in einer Wassertiefe von 5 cm betrug jeweils ca. 15 cm. Aufgrund der geringen Dosisleistung zwischen ca. 0,15 Gy/min bei 280 kV und 0,35 Gy/min bei 140 kV wurden bei jeder Strahlungsqualität kalorimetrische Messungen über einen Zeitraum von wenigstens einer Woche durchgeführt. Die Bestrahlungsdauer pro Einzelmessung betrug 120 s.

Die kalorimetrische Bestimmung der Wasser-Energiedosis erfordert unter anderem die genaue Kenntnis der Wärmetransportvorgänge im Kalorimeter. Diese werden durch die Bestrahlung der Materialien des Detektors und durch die Dosisverteilung der Strahlung bestimmt. Die Simulation des Wärmetransportes mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode zeigte, dass insbesondere die Effekte durch die Bestrahlung der Temperatursensoren des Detektors inklusiv der Pt-Zuleitungsdrähte von großer Bedeutung sind. Hieraus resultieren Korrektionen der gemessenen Temperaturerhöhung von ca. 2 % - 3 %. Weitere Korrektionen ergeben sich durch die Störung des Strahlungsfeldes durch den Detektor des Kalorimeters. Der Feldstörungseffekt wurde sowohl experimentell mit Hilfe eines Dummy-Detektors als auch theoretisch mit Hilfe der Monte-Carlo-Methode bestimmt. Die Korrektionen für den Feldstörungseffekt variieren zwischen 0,5 % bei 280 kV- und 8,2 % bei 70 kV-Röntgenstrahlung. Die vorläufige Abschätzung des Unsicherheitsbudgets der kalorimetrischen Bestimmung der Wasser-Energiedosis im Bereich der Röntgenstrahlung mit Erzeugungsspannungen zwischen 70 kV und 280 kV führt zu einer Standardmessunsicherheit von ca. 1 %.

Im Anschluss an die kalorimetrischen Experimente wurde für jede Strahlungsqualität mit Hilfe einer kalibrierten Ionisationskammer die Luftkerma frei in Luft im identischen Fokus-Messort-Abstand bestimmt. Das Verhältnis zwischen Luftkerma und Wasser-Energiedosis am Messort im Kalorimeter lässt sich zudem prinzipiell mit Hilfe der Monte-Carlo-Methode berechnen, sofern der Strahlungstransport in den unterschiedlichen Materialien des Wasserkalorimeters (Isolation, Wasserphantom, Wasser, Detektor) simuliert werden kann. Allerdings wurde im Fall der Isolationsschichten des Kalorimeters die Abschwächung der Röntgenstrahlung experimentell bestimmt, da die mangelnde Kenntnis der genauen Zusammensetzung dieser Materialien eine Simulation erschwert. Der Vergleich der experimentell bestimmten Verhältnisse von Wasser-Energiedosis zu Luftkerma mit den berechneten Verhältnissen zeigt eine Übereinstimmung innerhalb von ca. +/- 1,5 % über den hier betrachteten Energiebereich der Röntgenstrahlung.