Abstract

The aim of this work was to characterized by means of Monte Carlo simulation, the radiation field produced by a kilovolt cone-beam computed tomography (CBCT) unit integrated into the Elekta® Synergy® linear accelerator. The work was carried out using the Monte Carlo EGSnrc/BEAMnrc (1). Eight collimator cassettes, as well as the bowtie filter, were simulated (not included in the paper by Spezi). Percentage depth doses (PDD) curves for each case were also calculated. The simulation was based on the geometry details and technical specifications of the x-ray target and filtration cone provided. Our simulation agrees with data published in Spezi et al.(2009). Remarkable results: a) an increase in the average energy with increasing FOV (for the same collimator aperture), b) 95% of the bremsstrahlung photons generated in the target are absorbed by the filtration cone and c) of the 5% coming out from the system, 90% did not suffer from any interaction, neither with filters nor collimators. The heel effect is responsible for the beam hardening effect. This effect was maximum for the collimator cassettes which provide the largest Field Of View (FOV). Effectively, there is an increasing filtration towards the anode due to the filter cassette position relative to the anode. The filtration removes low energy photons.

Keywords

• Montecarlo simulation.
• CBCT.
• Heel effect.

Resumen (In Spanish)

El objetivo de este trabajo fue caracterizar, por medio de la simulación de Monte Carlo, los campos de radiación producidos por una unidad de tomografía computarizada con haces cónicos -CBCT- de kilovoltaje integrado en un acelerador lineal Elekta Synergy. Se empleó el código
Monte Carlo EGSnrc/BEAMnrc de acuerdo con la metodología descrita en Spezi et al. (Med. Phys. 3 (1) 2009). Se simularon ocho cassettes de colimación, así como el filtro bow tie (no incluido en el paper de Spezi). Las curvas de dosis en profundidad para cada cassette también se calcularon. La simulación se basó en las especificaciones técnicas y detalles geométricos del blanco del tubo de rayos-X y de los filtros (entregados por Elekta bajo un acuerdo de confidencialidad). Nuestra simulación concuerda con los datos publicados por Spezi. Entre los resultados obtenidos destacan: a) un aumento en la energía promedio para los campo de visión más grandes -FOV- (para la misma apertura del colimador), b) 95% de los fotones generados en el material blanco por radiación de frenado son absorbidos por el cono de filtración y c) del 5% de los fotones generados que logra salir del sistema, un 90% lo hace sin sufrir ninguna interacción ni con el sistema de filtros ni con los colimadores. El efecto talón es responsable del endurecimiento del haz. Este efecto fue máximo para los cassettes de colimación que proporcionan los mayores FOV. Efectivamente, hay una filtración creciente hacia el ánodo debido a la posición del cassette de colimación en relación con el ánodo. La filtración elimina los fotones de baja energía. Conclusiones: Se ha llevado a cabo una simulación exitosa de la unidad XVI como base para una investigación posterior que aborde temas como el empleo de la imagen del CBCT tanto para dosimetría in vivo como para realizar la planificación de tratamientos de radioterapia.

Palabras claves

• Simulación Monte Carlo.
• Tomografía Computarizada de haces cónicos (CBCT).
• Efecto talón.