Details

Autor(en) / Beteiligte

• Renner, Franziska

Titel

Benchmark-Experiment zur Verifikation von Strahlungstransportrechnungen für die Dosimetrie in der Strahlentherapie

Ist Teil von

• Zeitschrift für medizinische Physik, 2016-09, Vol.26 (3), p.209-223

Ort / Verlag

Elsevier GmbH

Erscheinungsjahr

2016

Link zum Volltext

Quelle

Elsevier ScienceDirect Journals Complete

Beschreibungen/Notizen

• Monte-Carlo-Simulationen gelten als das genaueste Lösungsverfahren für komplexe Fragestellungen im Bereich der Dosimetrie und des Strahlungstransports. In der (externen) Strahlentherapie werden sie in zunehmendem Maße bei der Berechnung von Dosisverteilungen für die Bestrahlungsplanung angewendet. Im Vergleich zu anderen Dosisberechnungsalgorithmen haben Monte-Carlo-Methoden ein großes Potential, die Genauigkeit der Dosisberechnung – insbesondere unter komplexen Bedingungen (z.B. Berücksichtigung von Inhomogenitäten) – zu erhöhen. Allerdings besteht ein Mangel an Informationen darüber, wie korrekt die mittels Monte-Carlo-Simulation berechneten Dosisverteilungen im absoluten Sinne sind. Eine praxisnahe Überprüfung der Resultate von Monte-Carlo-Rechnungen kann durch einen direkten Vergleich mit den Ergebnissen eines Benchmark-Experiments erfolgen. Diese Arbeit stellt ein solches Benchmark-Experiment vor und vergleicht dessen Ergebnisse (mit detaillierter Berücksichtigung der Messunsicherheit) mit den Resultaten einer Monte-Carlo-Simulation unter Verwendung des etablierten Monte-Carlo-Programms EGSnrc. Das Experiment wurde so konzipiert, dass es hinsichtlich der verwendeten Strahlungsart und -energie, der verwendeten Materialien und der Erfassung der Dosis Parallelen zur externen Strahlentherapie aufweist. Da für einen absoluten Vergleich der Ergebnisse von Experiment und Monte-Carlo-Simulation die Eigenschaften des Strahlungsfeldes sehr genau bekannt sein müssen, wurde das Benchmark-Experiment an dem Forschungselektronenbeschleuniger der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) durchgeführt, dessen Strahleigenschaften vorab genau charakterisiert wurden. Für das eigentliche Benchmark-Experiment und die entsprechenden Monte-Carlo-Simulationen wurden zwei Ionisationskammern verschiedenen Typs verwendet und die Ergebnisse verglichen. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Messunsicherheit, die für das Benchmark-Experiment ca. 0,7 % und für die Monte-Carlo-Simulation ca. 1,0 % beträgt, stimmen die Ergebnisse der Monte-Carlo-Simulation und des Experiments überein. Monte Carlo simulations are regarded as the most accurate method of solving complex problems in the field of dosimetry and radiation transport. In (external) radiation therapy they are increasingly used for the calculation of dose distributions during treatment planning. In comparison to other algorithms for the calculation of dose distributions, Monte Carlo methods have the capability of improving the accuracy of dose calculations – especially under complex circumstances (e.g. consideration of inhomogeneities). However, there is a lack of knowledge of how accurate the results of Monte Carlo calculations are on an absolute basis. A practical verification of the calculations can be performed by direct comparison with the results of a benchmark experiment. This work presents such a benchmark experiment and compares its results (with detailed consideration of measurement uncertainty) with the results of Monte Carlo calculations using the well-established Monte Carlo code EGSnrc. The experiment was designed to have parallels to external beam radiation therapy with respect to the type and energy of the radiation, the materials used and the kind of dose measurement. Because the properties of the beam have to be well known in order to compare the results of the experiment and the simulation on an absolute basis, the benchmark experiment was performed using the research electron accelerator of the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), whose beam was accurately characterized in advance. The benchmark experiment and the corresponding Monte Carlo simulations were carried out for two different types of ionization chambers and the results were compared. Considering the uncertainty, which is about 0.7 % for the experimental values and about 1.0 % for the Monte Carlo simulation, the results of the simulation and the experiment coincide.