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Silicon Diodes as an Alternative to Diamond Detectors for Depth Dose Curves and Profile Measurements of Photon and Electron Radiation

Halbleiterdioden als Alternative zu Diamantdetektoren zu Tiefendosis- und Profilmessungen in Photonen- und Elektronenstrahlenfeldern

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Strahlentherapie und Onkologie Aims and scope Submit manuscript

Background:

Depth dose curves and lateral dose profiles should correspond to relative dose to water in any measured point, what can be more or less satisfied with different detectors. Diamond as detector material has similar dosimetric properties like water. Silicon diodes and ionization chambers are also commonly used to acquire dose profiles.

Material and Methods:

The authors compared dose profiles measured in an MP3 water phantom with a diamond detector 60003, unshielded and shielded silicon diodes 60008 and 60012 and a 0.125-cm3 thimble chamber 233642 (PTW, Freiburg, Germany) for 6- and 25-MV photons. Electron beams of 6, 12 and 18 MeV were investigated with the diamond detector, the unshielded diode and a Markus chamber 23343.

Results:

The unshielded diode revealed relative dose differences at the water surface below +10% for 6-MV and +4% for 25-MV photons compared to the diamond data. These values decreased to less than 1% within the first millimeters of water depth. The shielded diode was only required to obtain correct data of the fall-off zones for photon beams larger than 10 × 10 cm2 because of important contributions of low-energy scattered photons. For electron radiation the largest relative dose difference of –2% was observed with the unshielded silicon diode for 6 MeV within the build-up zone. Spatial resolutions were always best with the small voluminous silicon diodes.

Conclusion:

Relative dose profiles obtained with the two silicon diodes have the same degree of accuracy as with the diamond detector.

Hintergrund:

Tiefendosiskurven und Dosisquerprofile sollten in allen Messpunkten der relativen Wasserenergiedosis entsprechen, was mit verschiedenen Messsonden mehr oder weniger gut erreicht wird. Diamantsonden verhalten sich dosimetrisch fast wasseräquivalent. P-Typ-Siliciumdioden und Ionisationskammern werden ebenfalls häufig zur Messung von Dosisprofilen genutzt.

Material und Methodik:

In einem MP3-Wasserphantom wurden gemessene Tiefendosiskurven und Dosisquerprofile einer Diamantsonde 60003, je einer ungekapselten und einer gekapselten Si-Diode 60012 und 60008 und einer 0,125-cm3-Schlauchkammer 233642 (alle von PTW, Freiburg) für 6- und 25-MV-Photonenstrahlung verglichen. Elektronenfelder (6, 12 und 18 MeV) wurden mit der Diamantsonde, der ungekapselten Diode und einer Markus-Kammer 23343 untersucht.

Ergebnisse:

Bei Photonenstrahlung konnte für die ungekapselte Diode an der Wasseroberfläche eine Abweichung der relativen Tiefendosis im Vergleich zur Diamantsonde kleiner +10% bei 6 MV und kleiner +4% bei 25 MV festgestellt werden. Diese Abweichungen sanken bereits in einigen Millimetern Wassertiefe auf unter 1% ab. Die gekapselte Diode war ausschließlich für die korrekte Messung der abfallenden Bereiche von Tiefendosiskurven bei Feldern über 10 × 10 cm2 erforderlich, da die hier hohen Beiträge der niederenergetischen Streustrahlungsphotonen von Silicium überproportional stark absorbiert und registriert werden. Die maximal gemessene Abweichung der relativen Tiefendosis mit der ungekapselten Diode bei Elektronenstrahlung betrug –2% innerhalb der Aufbauzone bei 6 MeV. Bei allen untersuchten Strahlenarten übertraf das räumliche Auflösungsvermögen der kleinvolumigen Dioden das der Diamantsonde.

Schlussfolgerung:

Mit den beiden Dioden gemessene relative Dosisprofile sind vergleichbar genau wie die mit der Diamantsonde gemessenen.

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Authors and Affiliations

  1. Department of Radiotherapy and Oncology, Center of Radiology, University Hospital, Johann Wolfgang Goethe University Frankfurt/Main, Frankfurt/Main, Germany

    Christian Scherf, Christiane Peter, Jussi Moog, Jörg Licher, Eugen Kara, Claus Rödel & Ulla Ramm

  2. Institute for Medical Physics and Radiation Protection, KMUB Faculty, Advanced Technical College Gießen-Friedberg, Frankfurt/Main, Germany

    Christiane Peter & Klemens Zink

  3. Klinik für Strahlentherapie und Onkologie, Medizinische Physik, Goethe-Universität Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 7, 60590, Frankfurt/Main, Germany

    Christian Scherf

Authors
  1. Christian Scherf
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  2. Christiane Peter
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  3. Jussi Moog
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  4. Jörg Licher
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  5. Eugen Kara
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  6. Klemens Zink
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  7. Claus Rödel
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  8. Ulla Ramm
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Scherf, C., Peter, C., Moog, J. et al. Silicon Diodes as an Alternative to Diamond Detectors for Depth Dose Curves and Profile Measurements of Photon and Electron Radiation. Strahlenther Onkol 185, 530–536 (2009). https://doi.org/10.1007/s00066-009-2004-x

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