In Vivo Dosimetry using Plastic Scintillation Detectors for External Beam Radiation Therapy

LIST OF ILLUSTRATIONS 
Figure 2.1 – Aromatic Hydrocarbons ........................................................................8 
Figure 2.2 – Delocalized Electron Ring .....................................................................9 
Figure 2.3 – Scintillator Energy Levels .....................................................................11 
Figure 2.4 – NTCP vs TCP Curves ............................................................................19 
Figure 3.1 – Temperature Dependence Experimental Setup .....................................31 
Figure 3.2 – Measured Dose vs Temperature ............................................................36 
Figure 3.3 – Cerenkov Light Spectrum vs Temperature ............................................38 
Figure 3.4 – BCF-60 Spectrum vs Temperature ........................................................39 
Figure 3.5 – BCF-12 Spectrum vs Temperature ........................................................40 
Figure 3.6 – Optical Coupling Spectrum vs Temperature .........................................42 
Figure 3.7 – Total Light Intensity vs Temperature ....................................................43 
Figure 3.8 – Detector Stabilization ............................................................................44 
Figure 4.1 – In Vivo Plastic Scintillation Detector Design ........................................56 
Figure 4.2 – In Vivo Plastic Scintillation Detector CT Image ...................................59 
Figure 4.3 – In Vivo Protocol Workflow Diagram ....................................................60 
Figure 4.4 – Detector Localization Results................................................................66 
Figure 4.5 – In Vivo Results Histogram .....................................................................67 
Figure 4.6 – Patient Specific Results Boxplot ...........................................................68 
Figure 4.7 – Real-Time In Vivo Dosimetry Plot ........................................................70 
Figure 4.8 – Dose Gradient Effect .............................................................................73 
Figure 4.9 – Protocol Patient CT Artifacts ................................................................75 
xi 

---

Figure 5.1 – Proton Energy vs Detector Under-Response .........................................87 
Figure 5.2 – SOBP Width vs Detector Under-Response ...........................................89 
Figure 5.3 –Cerenkov Light Generated in Proton Beams ..........................................90 
Figure 5.4 – Error Introduced via Neglecting Cerenkov Light ..................................92 
Figure 5.5 – 225 MeV Measured Profile ...................................................................93 
Figure 5.6 – 140 MeV Measured Profile ...................................................................94 
Figure 5.7 – Bragg Peak SOBP Contribution ............................................................98 
Figure B.1 – Plastic Scintillation Detector Spectral Components .............................112 
Figure B.2 – Spectral Splitting...................................................................................114 
xii 

---