Simulation and experimental verificationof dose distributions of electron beams

Simulation et vérification expérimentale des distributions de dose des faisceaux d’électrons

¹ Czech Technical University in Prague, Faculty of Nuclear Sciences and Physical Engineering, Brehova 7, Prague 1, 115 19, Czech Republic
² Na Homolce Hospital, Medical Physics Department, Roentgenova 37/2, Prague 5, 150 00, Czech Republic

Received: 29 June 2011
Accepted: 2 November 2011

Abstract

Accurate dose calculations are very important in radiotherapy treatment planning. The Monte Carlo method has proven to be an accurate and reliable method for simulation of the dose distributions from electron beams and can provide theoretically more accurate distributions than conventional planning system algorithms (e.g. the Generalized Gaussian Pencil Beam algorithm) for more complex target configurations. The aim of this work was to assess the parameters and spectrum of a given electron beam (Varian CLINAC 2100 C/D) from experimental depth dose distribution and then simulate dose distributions in an experimental arrangement with a 3D polymer gel dosimeter. The comparison of data from experimental measurements, Monte Carlo calculations and the planning system enabled us to verify experimentally the simulation model and technique as well as the planning system results. Both simple and more complex systems (e.g. dose distributions close to different material interfaces) can be studied. The generation and influence of the “bremsstrahlung” photons in the electron beams was also analyzed using the simulation technique. The computations, experimental methods used and results obtained are presented and discussed.

Résumé

Les calculs précis sont très importants dans la planification des traitements en radiothérapie. La méthode Monte Carlo est éprouvée comme exacte et fiable pour la simulation des distributions de dose des faisceaux d’électrons. Elle peut fournir théoriquement les distributions plus exactes que les algorithmes des systèmes conventionnels de planification (par ex., l’algorithme Generalized Gaussian Pencil Beam) pour des configurations à cible plus complexe. Ce travail a eu pour but d’évaluer les paramètres et le spectre du faisceau d’électrons (Varian CLINIC 2100 C/D) de la distribution expérimentale de la dose profonde et ensuite de simuler les distributions de dose dans un arrangement expérimental au moyen d’un dosimètre en gel de polymères 3D. La comparaison des données mesurées expérimentalement avec les calculs Monte Carlo et avec le système de planification permet de vérifier expérimentalement le modèle de simulation et sa technique ainsi que les résultats du système de planification. Des systèmes simples ou complexes peuvent être étudiés (par ex., les distributions de dose autour des interfaces des matériaux différents). La production et l’influence des photons de « bremsstrahlung » dans les faisceaux d’électrons ont été aussi étudiées à l’aide de la simulation. Les méthodes de calcul et les techniques expérimentales utilisées sont présentées et les résultats discutés.