Abstract Scheithauer M.: Improvement of the accuracy of determining the bremsstrahlung spectra of clinical linear accelerators. Dissertation, Ilmenau (2004) The present study focuses on the reconstruction of the bremsstrahlung spectra of a clinical linear accelerator from the measured transmission curve with the aim of improving the accuracy of this method. The generation and interaction of bremsstrahlung as well as several methods of determining its spectra has been analysed. The reconstruction of the spectra from simply measured data is possible in clinical routine. The essence of the method is the analytic inverse Laplace transformation of a parameter function fitted to the measured transmission curve. It was tested with known fitting functions, however, they resulted in considerable fitting inaccuracy, leading to inaccuracy of the bremsstrahlung spectra. In order to minimise the fitting errors, a linear combination of n equations with 2n-1 parameters was employed. As a result, the fitting errors are considerably smaller with the new flexible function. The measurement of the transmission function requires that the energy-dependent detector response is taken into account. In this thesis the underlying physical context was analysed resulting in the development of a correction function for the energy-dependent detector response. The factors of this function were experimentally determined or calculated from tabulated values. The energy-distribution of photons for several clinically relevant fields was determined with this new method, e.g. spectra of variable field size, fields with radial distance between centre central axis and fields with fluence-modifying elements. A measuring setup for separating photon-contamination from primary electrons was developed. Thereby it was possible to analyse the spectra of the photon-contamination.
Aufgabe dieser Arbeit ist die Rekonstruktion des Bremsstrahlungsspektrums eines klinischen Linearbeschleunigers aus der gemessenen Transmissionsfunktion mit dem Ziel, die Genauigkeit dieser Methode zu erhöhen. Analysiert wurden die Erzeugung und Beeinflussung der Bremsstrahlung sowie verschiedene Methoden zur Ermittlung des Bremsstrahlungsspektrums. Die in der klinischen Routine durchführbare Methode ist die Rekonstruktion des Bremsstrahlungsspektrums aus einfach messbaren Daten. Kern der Rekonstruktion ist die analytische inverse Laplacetransformation einer an die gemessene Transmissionskurve angepassten Parameterfunktion. Die bekannten Anpassungsfunktionen lieferten erhebliche Anpassungsfehler, so dass die Genauigkeit des Bremsstrahlungsspektrums beeinträchtigt wurde. Um die Anpassungsfehler zu minimieren, wurde zur Wiedergabe der Transmissionskurve ein neuer Funktionstyp, eine Linearkombination von n Gleichungen mit 2n-1 freien Parametern, verwendet. Die neue Kurvenanpassung zeigt eine hohe Flexibilität und geringe Anpassungsfehler. Bei der Messung der Transmissionsfunktion muss das energieabhängige Detektoransprechvermögen berücksichtigt werden. Analysiert wurden die zugrundeliegenden physikalischen Zusammenhänge, so dass es möglich war, eine Korrektionsfunktion für das energieabhängige Detektoransprechvermögen aufzustellen, deren Faktoren experimentell bestimmt wurden oder aus Tabellenwerten berechnet werden konnten. Mit der verbesserten Methode konnte die Energieverteilung der Photonen für unterschiedliche klinisch relevante Bestrahlungssituationen ermittelt werden. Bremsstrahlungsspektren in unterschiedlichen radialen Abständen des Mittelpunktes zum Zentralstrahl, bei verschiedenen Feldgrößen und beim Einsatz von fluenzmodifizierenden Elementen wurden bestimmt. Entwickelt wurde ein Messaufbau zur Trennung der Photonenkontamination von primärer Elektronenstrahlung. Dadurch war es möglich, die spektrale Verteilung der Kontaminationsphotonen zu bestimmen.