Evaluation der 2D Bestrahlungsplanung auf Grundlage des AAPM Task Group No. 43 Protokolls mit GafChromic Filmdosimeter

Evaluation neuartiger radiochromer Dosimetriefilme und eines handelsüblichen Dokumentenscanners

Diplomarbeit , 2005 , 200 Seiten , Note: 1,3

Medizin - Biomedizinische Technik

Das Strahlungsfeld des Miniaturbeschleunigers IntraBeam ähnelt dem einer niederenergetischen Brachytherapiequelle. Die bisherige eindimensionale Bestrahlungsplanung beschränkt sich auf Daten der transversalen Tiefendosiskurve. Eine Anisotropie der Punktuelle wird dabei nicht berücksichtigt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Einführung einer computergestützten 2D Bestrahlungsplanung mittels des AAPM Task Group No. 43 Protokolls. Vermessen werden die 2D Dosisverteilungen der Applikatoren 40 und 50 mm Durchmesser sowie der blanken Anode der Röntgenquelle anhand radiochromer Dosimetriefilme. Die Parametereingabe erfolgt in das Planungssystem PlatoSunrise, das die Eingabe einer benutzerdefinierten Quelle erlaubt. Das primäre Ziel ist zu überprüfen, in wie fern die berechnete Dosisverteilung des Planungssystems mit der gemessenen Referenzdosisverteilung übereinstimmt. Des Weiteren werden alle Applikationen miteinander verglichen, um Rückschlüsse auf die Übertragbarkeit der berechneten Verteilungen zu erhalten. Bei den radiochromen Filmen, dem Scanner sowie dem Planungssystem handelt es sich um bisher nicht in die klinische Routine eingeführte Systeme. Als sekundäres Ziel werden deshalb Dosiskennlinien des Films bei unterschiedlichen Scannerlichtspektren untersucht. Die Auswertung der Filmhomogenität dient zur Entwicklung einer Subtraktionsmethode zur Minimierung der Unsicherheit der Netto-Dosisverteilung. Zudem werden die Einheiten netPV und netOD verglichen unter Bestimmung der Dosisauflösung. Es werden Methoden zur Kalibrierung eines handelsüblichen Dokumentenscanners vorgestellt und eine Analyse des vom Planungssystem ausgegebenen Dose Grid Files durchgeführt. Zur präzisen Nullpunktmarkierung der 2D Dosisverteilung dient ein speziell entwickelter Softwarealgorithmus. Zusätzlich wird ein adaptiver Filter in der Bildverarbeitung verwendet. Bei Anwendung der genannten Verfahren ergibt sich eine gute Übereinstimmung zwischen der berechneten Dosisverteilung des Planungssystems und der gemessenen Referenzdosisverteilung. Die normierten Verteilungen zwischen Applikator 40 und 50 mm wiesen keine signifikanten Abweichungen auf. Die Anode liefert keine reproduzierbaren Ergebnisse, was wahrscheinlich auf ein Verbiegen der Sonde durch das Phantom zurückzuführen ist. Die Auswertung der Anisotropie ergab einen kontinuierlichen Dosisanstieg in Richtung Sondenschaft. Dieser betrug beim Applikator 40 mm bei einem Winkel nach TG 43 von 160° bis zu 14 % zur Transversalen.

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung
• 2 Grundlagen
  • 2.1 IntraBeam
    • 2.1.1 Einführung
    • 2.1.2 Funktionsbeschreibung
    • 2.1.3 Systembeschreibung
    • 2.1.4 Brennfleck und Ausbeute
    • 2.1.5 Röntgenspektrum
    • 2.1.6 Winkelabhängige Verteilung
    • 2.1.7 Stabilität und Genauigkeit
  • 2.2 GafChromic Filmdosimeter
    • 2.2.1 Einführung
    • 2.2.2 GafChromic Filmtechnologie
    • 2.2.3 Aufbau und Spezifikation GafChromic XR – T
    • 2.2.4 Energieabhängigkeit
    • 2.2.5 Homogenität
    • 2.2.6 Optische Charakterisierung
    • 2.2.7 Auswirkungen von Laserlicht
    • 2.2.8 Sensitivität in Abhängigkeit des Lichtspektrums
  • 2.3 Phantom
    • 2.3.1 Einführung
    • 2.3.2 Überprüfung der Wasseräquivalenz
    • 2.3.3 Vergleich des Phantoms mit Meigooni et al.
    • 2.3.4 Güte des Phantommaterials
  • 2.4 Scanner
    • 2.4.1 Einführung
    • 2.4.2 Rauschquellen
    • 2.4.3 Dunkelstrom
    • 2.4.4 Photoresponse non-uniformity
    • 2.4.5 Defektes Pixel
    • 2.4.6 Kalibrierung einer definierten Scannregion
  • 2.5 Task Group 43 Protokoll
    • 2.5.1 Einführung
    • 2.5.2 Vergleich mit bestehenden Modellen
    • 2.5.3 Allgemeine Formel
    • 2.5.4 Geometrie Faktor, G(r,0)
    • 2.5.5 Radiale Dosisfunktion, g(r)
    • 2.5.6 Anisotropie Funktion, F(r,0)
• 3 Material und Methoden
  • 3.1 GafChromic Filmpräparation
    • 3.1.1 Anbringen der Aussparung
    • 3.1.2 Akquisition
    • 3.1.3 Kalibrierfilme
  • 3.2 Prozedur beim Bestrahlen
    • 3.2.1 Versuchsaufbau
    • 3.2.2 Verwendete Phantome
    • 3.2.3 Dosierung mittels IntraBeam
    • 3.2.4 Dosisverifizierung mit Ionisationskammer
  • 3.3 Prozedur beim Scannen
    • 3.3.1 Parametereinstellungen der Scannsoftware
    • 3.3.2 Auflösungseinstellung
    • 3.3.3 Problematik VeriSoft
    • 3.3.4 Praktischer Umgang mit GfC Filmen
    • 3.3.5 Praktischer Umgang mit dem Scanner
    • 3.3.6 Nicht angewandte Methoden
  • 3.4 Prozedur mit PlatoSunrise
    • 3.4.1 Grundlagen
    • 3.4.2 Versuchsaufbau PlatoSunrise
    • 3.4.3 Aufbau des Dosegrids
    • 3.4.4 Datenformat, -extraktion und Export
  • 3.5 Auswertung mit MatLab
    • 3.5.1 Übersicht über die behandelten Themenbereiche
    • 3.5.2 Häufig verwendete Befehle und Methoden
      • 3.5.2.1 Extraktion rote Matrize
      • 3.5.2.2 Wiener Filter
      • 3.5.2.3 Verwendete Datenformate
      • 3.5.2.4 Lokale bzw. globale Variablen
      • 3.5.2.5 Nullpunktmarkierung
    • 3.5.3 Programm zur Untersuchung der Filmhomogenität
    • 3.5.4 Programm zur Akquisition der Referenzpunkte
    • 3.5.5 Programm zur Auswertung unterschiedlicher Lichtspektren
    • 3.5.6 Programm zum Erstellen der Kalibrierkennlinie
    • 3.5.7 Programm zur Auswertung des Scannerbackgrounds
    • 3.5.8 Programm zur Verifizierung der räumlichen Skalierung
    • 3.5.9 Methoden zur Eliminierung des Filmbackgrounds einer 2D Matrix
    • 3.5.10 Programm zur pixelweisen Subtraktion von 2D Matrizen
      • 3.5.10.1 Rotationsmethode
      • 3.5.10.2 Kennlinienanpassung VeriSoft
    • 3.5.11 Programm zur Nachbearbeitung der Netto-Dosisverteilung
      • 3.5.11.1 Setzen des Nullpunktes
      • 3.5.11.2 Artefaktkorrektion
    • 3.5.12 Programm zur PlatoSunrise Bildverarbeitung
      • 3.5.12.1 Interpolation
      • 3.5.12.2 Pixelwertkonvertierung
      • 3.5.12.3 Eliminierung Dosismaximum
      • 3.5.12.4 Verifizierung der räumlichen Skalierung
  • 3.6 Kalibrierung
  • 3.7 Datengenerierung TG 43
    • 3.7.1 Auflösung PlatoSunrise bzw. gescannte Matrizen
    • 3.7.2 Programm zur Erzeugung der Rohdaten
    • 3.7.3 Generierung der Parameter
    • 3.7.4 Extrapolation
    • 3.7.5 Einschränkung
  • 3.8 Vergleich der Einheiten netPV bzw. netOD
    • 3.8.1 Berechnung experimenteller Fehler
    • 3.8.2 Berechnung Auflösung des Film-Scanner-Systems
    • 3.8.3 Berechnung Dynamikbereich des Film-Scanner-Systems
• 4 Ergebnisse
  • 4.1 Auswertung der Filmhomogenität
    • 4.1.1 Berechnung Filmhomogenität
    • 4.1.2 Fehlerbetrachtung Subtraktionsmethoden
    • 4.1.3 Fehlerbetrachtung Temperaturdrift
  • 4.2 Vergleich der unterschiedlichen Lichtspektren
  • 4.3 Interpolationsfehler VeriSoft
  • 4.4 Verifizierung der räumlichen Skalierung
  • 4.5 Kalibrierung
  • 4.6 Auswertung der Dosisverteilungen
    • 4.6.1 Bestandsaufnahme der bestrahlten Filme
    • 4.6.2 Untersuchungsziele
  • 4.7 Auswertung TG 43
    • 4.7.1 Entwicklungsstufen TG 43 Parametereingabe
    • 4.7.2 Fehlerbetrachtung Anisotropieparameter
  • 4.8 Vergleich der Einheiten netPV bzw. netOD
    • 4.8.1 Experimenteller Fehler
    • 4.8.2 Auflösung
    • 4.8.3 Dynamikbereich
• 5 Zusammenfassung mit Ausblick
  • 5.1 Zusammenfassung der primären Ziele
  • 5.2 Erreichte und umzusetzende Ziele der Filmdosimetrie
  • 5.3 Dosimetrieprotokoll für die Radiochrome Filmdosimetrie

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Diplomarbeit zielt darauf ab, die 2D-Bestrahlungsplanung auf Grundlage des AAPM Task Group No. 43 Protokolls mit GafChromic Filmdosimeter zu evaluieren. Die Arbeit befasst sich mit der Evaluation neuartiger radiochromer Dosimetriefilme und eines handelsüblichen Dokumentenscanners im Kontext der Bestrahlungsplanung.

• Evaluation der Genauigkeit und Präzision des AAPM Task Group No. 43 Protokolls in der Praxis
• Untersuchung der Eignung von GafChromic Filmen und Dokumentenscannern für die Dosimetrie in der Strahlentherapie
• Analyse der Einflussfaktoren auf die Filmdosimetrie, wie z.B. die Homogenität des Films, die Energieabhängigkeit und die Scannerkalibrierung
• Entwicklung eines Dosimetrieprotokolls für die radiochrome Filmdosimetrie
• Bewertung der erzielten Ergebnisse und Ausblick auf zukünftige Forschungsansätze

Zusammenfassung der Kapitel

• Kapitel 1: Einleitung

  Dieses Kapitel stellt die Forschungsfrage und den Kontext der Arbeit vor. Es erläutert die Bedeutung der Bestrahlungsplanung in der Strahlentherapie und die Notwendigkeit einer präzisen Dosimetrie.

• Kapitel 2: Grundlagen

  Dieses Kapitel bietet einen Überblick über die theoretischen Grundlagen der Arbeit. Es beschreibt das IntraBeam System, die GafChromic Filmdosimeter, das Phantom, den Scanner und das Task Group 43 Protokoll.

• Kapitel 3: Material und Methoden

  Dieses Kapitel beschreibt die verwendeten Materialien und Methoden. Es erläutert die Prozeduren für die Filmpräparation, die Bestrahlung, das Scannen, die Datenauswertung und die Kalibrierung.

• Kapitel 4: Ergebnisse

  Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen. Es analysiert die Filmhomogenität, die Lichtspektren, die räumliche Skalierung, die Kalibrierung und die Dosisverteilungen.

Schlüsselwörter

Die Arbeit konzentriert sich auf die Evaluation der 2D-Bestrahlungsplanung mit GafChromic Filmdosimeter. Wichtige Schlüsselwörter sind: IntraBeam, GafChromic Filmdosimetrie, AAPM Task Group 43 Protokoll, Dosimetrie, Strahlentherapie, 2D-Bestrahlungsplanung, Dokumentenscanner, Kalibrierung, Filmhomogenität, Lichtspektrum, räumliche Skalierung.

• Hochschule: Fachhochschule Gießen-Friedberg; Standort Friedberg
• Note: 1,3
• Autor: Dipl.-Ing. (FH) Rainer Schiebel (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2005
• Seiten: 200
• Katalognummer: V77904
• ISBN (eBook): 9783638785303
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Evaluation, Bestrahlungsplanung, Grundlage, AAPM, Task, Group, Protokolls, GafChromic, Filmdosimeter