Bestimmung komplexer Dosisverteilungen im inhomogenen Phantom bei Bestrahlung mit hochenergetischen Photonen

• Antragsteller: Professor Dr. Otto Andreas Sauer
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259319519

Im vorausgegangenen Projekt haben wir die Genauigkeit der Messung der von hochenergetischen Photonenfeldern erzeugten Dosisverteilungen in Wasser untersucht. Hierbei wurden einfache Stehfelder betrachtet. Solche Felder dienen sowohl zur Erzeugung von Basisdaten für, als auch zur Verifikation der Dosisberechnung von Bestrahlungsplanungssoftware. Für unterschiedliche Sonden wurde das Ansprechvermögen in Bereichen mit nicht vorhandenem Elektronengleichgewicht untersucht und quantifiziert. Neben Feldern mit Radien kleiner als die Elektronenreichweitewurden sowohl der Feldrand als auch oberflächennahe Bereiche untersucht. DesWeiteren wurden Felder mit zentraler Ausblockung untersucht, um die Effekte bei reiner Streustrahlung herauszuarbeiten. Somit kann bei Kenntnis des Verhältnisses von Streu- zu Primärstrahlung für die untersuchten Detektoren das Ansprechen berechnet werden. Als Nächstes wollen wir realistische, am Patienten angewandte Dosisverteilungen in der Anatomie ähnlichen Phantomen vermessen: Die Richtigkeit der Dosisberechnung eines Bestrahlungsplanungssystems wird in der Regel nur anhand einfacher Felder geprüft. Klinisch werden jedoch sehr komplexe Sequenzen von teilweise sehr kleinen und unregelmäßig geformten Feldern abgestrahlt. Die Verifikation solcher komplexen Bestrahlungspläne im homogenen Kunststoffphantom, z.B. zur Bestrahlung von Wirbelkörpern unter Aussparung des Spinalkanals, zeigt häufig zu hohe Abweichungen zwischen gemessener und geplanter Dosisverteilung. Hierfür kommen mehrere Ursachen in Betracht: Das Kollimatorsystem des Bestrahlungsgeräts wird nur näherungsweise modelliert, die dynamische Blendensteuerung stimmtnicht vollständig mit den Planvorgaben überein, die Dosisberechnung ist mangelhaft. Jedoch ist auch die Messung mit Fehlern behaftet. Zu große Sonden mitteln zu stark über ihr Volumen und nicht wasseräquivalente Detektoren führen zu Feldstörungen die vor allem vom Spektrum der Sekundärteilchen am Messort abhängen. Wesentliches Ziel ist es deshalb die Genauigkeit bei der Messung komplexer Feldkonfigurationen zu verbessern. Hierzu ist es notwendig Korrektionsfaktoren für jeden Messpunkt im Phantom abhängig von der Feldkonfiguration zu ermitteln. In Richtlinien wird gefordert, berechnete Dosisverteilungen stichprobenartig auch im inhomogenen Phantom zu testen. Klinisch einfach einsetzbare Verfahren sind jedoch nicht vorhanden. Solche zu entwickeln soll ein weiterer Schwerpunkt des Projekts sein. Kritisch sind z.B. Lufteinschlüsse im HNO-Bereich, Lungenherde, Knochen, Zähne und Implantate. Es sollen Phantome konzipiert und 3D-gedruckt werden um typische Bestrahlungspläne realitätsnah zu testen. Hierbei ist wieder die Herausforderung das Ansprechvermögen an jedem Messpunkt genau genug zu bestimmen um Fehler in der Bestrahlung erkennen zu können. Die Pläne sollen mit unterschiedlichen Systemen erstellt werden. Somit kann auch der Einfluss einzelner Parameter der Rechenalgorithmen quantifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen