Measurement of ionization chamber absorbed dose kQ factors in megavoltage photon beams

Purpose: Absorbed dose beam quality conversion factors (kQ factors) were obtained for 27 different types of ionization chamber. The aim was to obtain objective evidence on the performance of a wide range of chambers currently available, and potentially used for reference dosimetry, and to investigate the accuracy of the kQ calculation algorithm used in the TG-51 protocol. Methods: Measurements were made using the 60Co irradiator and Elekta Precise linac facilities at the National Research Council of Canada. The objective was to characterize the chambers over the range of energies applicable to TG-51 and determine whether each chamber met the requirements of a reference-class instrument. Chamber settling, leakage current, ion recombination and polarity, and waterproofing sleeve effects were investigated, and absorbed dose calibration coefficients were obtained for 60Co and 6, 10, and 25 MV photon beams. Only thimble-type chambers were considered in this investigation and were classified into three groups: (i) Reference chambers (\u201cstandard\u201d 0.6\u2002cm3 Farmer-type chambers and their derivatives traditionally used for beam output calibration); (ii) scanning chambers (typically 0.1\u2002cm3 volume chambers used for beam commissioning with 3-D scanning phantoms); and (iii) microchambers (very small volume ion chambers ( 64 0.01\u2002cm3) used for small field dosimetry). Results: As might be expected, 0.6\u2002cm3 thimble chambers showed the most predictable performance and experimental kQ factors were obtained with a relative uncertainty of 0.1%. The performance of scanning and microchambers was somewhat variable. Some chambers showed very good behavior but others showed anomalous polarity and recombination corrections that are not fully explained at present. For the well-behaved chambers, agreement between measured and calculated kQ factors was within 0.4%; for some chambers, differences of more than 1% were seen that may be related to the recombination/polarity results. Use of such chambers could result in significant errors in the determination of reference dose in the clinic. Conclusions: Based on the experimental evidence obtained here, specification for a reference-class ionization chamber could be developed that would minimize the error in using a dosimetry protocol with calculated beam quality conversion factors. The experimental kQ data obtained here for a wide range of thimble chambers can be used when choosing suitable detectors for reference dosimetry and are intended to be used in the upcoming update/addendum to the AAPM TG-51 dosimetry protocol.But : Obtenir des facteurs de conversion afin de d\ue9terminer la dose absorb\ue9e dans des faisceaux d\u2019\ue9lectrons de diff\ue9rentes qualit\ue9s (facteurs kQ) pour 27 types diff\ue9rents de chambre d\u2019ionisation, ainsi que des donn\ue9es probantes objectives sur la performance d\u2019une vaste gamme de chambres qui sont actuellement disponibles et utilisables en dosim\ue9trie de r\ue9f\ue9rence; et \ue9tudier la pr\ue9cision de l\u2019algorithme de calcul des kQ utilis\ue9 dans le protocole TG-51. M\ue9thodologie : Des mesures sont effectu\ue9es en utilisant les installations de l\u2019irradiateur au cobalt 60 et de l\u2019acc\ue9l\ue9rateur lin\ue9aire d\u2019\ue9lectrons Elektra Precise du Conseil national de recherches du Canada. L\u2019objectif \ue9tait de caract\ue9riser les chambres dans la plage d\u2019\ue9nergies applicables au protocole TG-51 et de d\ue9terminer si chacune des chambres r\ue9pond aux exigences d\u2019un appareil de classe r\ue9f\ue9rence. La chambre de tranquilisation, le courant de fuite, la recombinaison ionique et la polarit\ue9, et les effets des enveloppes d\u2019\ue9tanch\ue9it\ue9 ont \ue9t\ue9 examin\ue9s, et des coefficients d\u2019\ue9talonnage de dose absorb\ue9e ont \ue9t\ue9 obtenus pour le cobalt 60 et des faisceaux de photons de 6, de 10 et de 25 MV. Les chambres-d\ue9, au cours de cette \ue9tude, ont \ue9t\ue9 divis\ue9es en trois groupes : i) chambres de r\ue9f\ue9rence (chambres \uab courantes \ubb de type Farmer de 0,6 cm3 et leurs d\ue9riv\ue9s utilis\ue9s traditionnellement pour l\u2019\ue9talonnage de la sortie du faisceau); ii) chambres de mesures (typiquement des chambres de volume de 0,1 cm3 utilis\ue9es pour la mise en service des faisceaux avec fant\uf4mes de mesure en 3D); iii) des microchambres (chambre d\u2019ionisation de tr\ue8s petit volume 64 0,01 cm3) utilis\ue9es pour la dosim\ue9trie des petits champs. R\ue9sultats : comme on pouvait s\u2019y attendre, les chambres d\ue9s de 0,6 cm3 ont montr\ue9 la performance la plus pr\ue9visible et les facteurs kQ ont \ue9t\ue9 obtenus avec une incertitude relative de 0,1 %. La performance des chambres de balayage et des microchambres \ue9tait quelque peu variable. Certaines chambres ont montr\ue9 un tr\ue8s bon comportement, mais d\u2019autres ont montr\ue9 une polarit\ue9 anormale et des corrections de recombinaison que l\u2019on ne peut expliquer enti\ue8rement \ue0 ce stade-ci. Dans le cas des chambres \ue0 bon comportement, la concordance entre les valeurs mesur\ue9es et calcul\ue9es des facteurs kQ \ue9tait de 0,4 %; pour certaines chambres, on a observ\ue9 des diff\ue9rences de plus de 1 % qui peuvent \ueatre attribuables aux r\ue9sultats de la recombinaison et de la polarit\ue9. L\u2019utilisation de telles chambres pourrait entra\ueener des erreurs importantes dans la d\ue9termination des doses de r\ue9f\ue9rence en clinique. Conclusions : d\u2019apr\ue8s les donn\ue9es exp\ue9rimentales obtenues, il pourrait \ueatre possible d\u2019\ue9tablir une sp\ue9cification pour une chambre d\u2019ionisation de r\ue9f\ue9rence qui minimiserait les erreurs en utilisant un protocole de dosim\ue9trie dont les facteurs de conversion de qualit\ue9 du faisceau sont calcul\ue9s. Les donn\ue9es exp\ue9rimentales de kQ obtenues dans la pr\ue9sente \ue9tude pour une vaste gamme de chambres d\ue9s peuvent \ueatre utilis\ue9es dans le choix des d\ue9tecteurs appropri\ue9s pour la dosim\ue9trie de r\ue9f\ue9rence et elles sont destin\ue9es \ue0 \ueatre utilis\ue9es dans la prochaine mise \ue0 jour du protocole de dosim\ue9trie TG-51 de l\u2019AAPM.Peer reviewed: YesNRC publication: Ye