Determination of the spectra of radiation beams used in radiotherapy from attenuation measurements and Monte Carlo simulation

As propriedades dosimétricas de um feixe de radiação utilizado em Radioterapia estão diretamente ligadas ao espectro de energia produzido pela unidade de tratamento. Dessa forma, o desenvolvimento de metodologias que permitam avaliar de forma simples e acurada os espectros de feixes clínicos pode auxiliar no estabelecimento da qualidade dos tratamentos realizados. Baseado nisso, este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia acurada e de baixo custo para a determinação dos espectros primários dos campos de radiação utilizados em radioterapia a partir de medidas de transmissão em atenuadores de alumínio, cobre chumbo e acrílico, utilizando o método da transformada inversa de Laplace. Simulação Monte Carlo com o código PENELOPE, apresentou-se como uma ferramenta indispensável na avaliação dos resultados obtidos para os diferentes materiais e na validação dos espectros reconstruídos por meio da simulação de parâmetros dosimétricos que caracterizam o feixe. Um programa em linguagem FORTRAN foi elaborado para o cálculo da transformada inversa de Laplace e os dados obtidos foram investigados em função de parâmetros do programa e do ajuste realizado para a curva de transmissão. A diferença máxima de 4,4% para o feixe clínico de 6 MV e de 4,2% para o feixe de 10 MV, entre os valores experimentais de PDP e simulados com o espectro reconstruído, utilizando o alumínio como material atenuador, confirmam a acurácia da metodologia na reconstrução de feixes radioterápicos produzidos em aceleradores clínicos.The dosimetric properties of a radiation beam used in radiotherapy are directly related to the energy spectrum produced by the treatment unit. Therefore, the development of methodologies to evaluate in a simple and accurate way the spectra of clinical beams can help establishing the quality of the treatment. Based on this, the purpose of this work was to develop an accurate and low cost methodology for the determination of the primary spectra of radiation fields used in radiotherapy from measurements of transmission in attenuators of aluminum, copper, lead and acrylics and using the method of the inverse Laplace transform. Monte Carlo simulation with PENELOPE code was an essential tool in evaluating the results obtained for different materials and validating the spectra reconstructed by the simulation of dosimetric parameters that characterize the beam. A program in FORTRAN was developed to calculate the inverse Laplace transform and the data obtained were evaluated in regard the parameters of the program and the fitting used for the transmission curve. The maximum difference of 4.4% for the clinical beam of 6 MV and 4.2% for the beam of 10 MV, between the experimental and simulated PDP with the reconstructed spectrum, using aluminum as the attenuator material, confirm the accuracy of the methodology of spectra reconstruction of radiotherapy beams produced by clinical accelerators