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,θ)
2.5.5 Radiale Dosisfunktion, g(r)
2.5.6 Anisotropie Funktion, F(r,θ)
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 & Themen
Die Arbeit evaluiert ein computergestütztes 2D-Bestrahlungsplanungssystem für die intraoperative Radiotherapie (IORT) unter Verwendung von GafChromic-Filmdosimetern und stellt ein neues Dosimetrieprotokoll vor, um die Anisotropie der IntraBeam-Miniatur-Röntgenquelle präzise zu erfassen.
- Validierung der GafChromic XR Type T Filmdosimetrie zur 2D-Dosisvermessung
- Anwendung des AAPM Task Group No. 43 Protokolls zur Quellencharakterisierung
- Optimierung der Bildverarbeitung mittels MATLAB zur Minimierung von Messunsicherheiten
- Vergleich und Kalibrierung unterschiedlicher scannerbasierter Auswertungsmethoden
Auszug aus dem Buch
Motivation der Arbeit
Die Strahlung für die IORT wird mittels der Miniatur-Röntgenquelle IntraBeam erzeugt. Die bisherige eindimensionale Bestrahlungsplanung beschränkt sich auf Daten der Tiefendosiskurven des Herstellers, wobei eine mögliche Anisotropie der Punktquelle mit daraus resultierenden Dosisextrema nicht berücksichtigt werden kann. Mit dieser Arbeit wird ein erster Schritt in Richtung einer computergestützten 2D Bestrahlungsplanung gegangen, der dieses Informationsdefizit beseitigt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Motivation zur Etablierung einer 2D-Bestrahlungsplanung für die intraoperative Radiotherapie (IORT) zur Verbesserung der Genauigkeit gegenüber eindimensionalen Daten.
2 Grundlagen: Erläutert die technischen Aspekte der IntraBeam-Quelle, die Funktionsweise von GafChromic-Filmen sowie das TG-43-Protokoll zur dosimetrischen Quellenbeschreibung.
3 Material und Methoden: Beschreibt den experimentellen Aufbau zur Filmbestrahlung, das Scannverfahren, die Software-Integration (PlatoSunrise) und die selbst entwickelten MATLAB-Auswerteroutinen.
4 Ergebnisse: Präsentiert die statistische Auswertung der Filmhomogenität, den Vergleich unterschiedlicher Lichtspektren beim Scannen und die Verifizierung der TG-43-Parameter.
5 Zusammenfassung mit Ausblick: Fasst die Zielerreichung zusammen und gibt Empfehlungen zur weiteren Optimierung der Messprotokolle für die radiochrome Filmdosimetrie.
Schlüsselwörter
Intraoperative Radiotherapie, IORT, IntraBeam, GafChromic Dosimetrie, TG 43 Protokoll, PlatoSunrise, Filmdosimetrie, MATLAB, Bildverarbeitung, Dosisverteilung, Anisotropie, Wasseräquivalenz, Dosimetrie, Bestrahlungsplanung, radiochrome Filme.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Es geht um die Entwicklung und Evaluierung eines 2D-Bestrahlungsplanungssystems für die intraoperative Radiotherapie (IORT) unter Nutzung der IntraBeam-Miniatur-Röntgenquelle.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Themenfelder umfassen die Filmdosimetrie mit GafChromic-XR-T-Filmen, die Anwendung des AAPM TG-43-Protokolls, die Bildverarbeitung zur Dosisanalyse und die Kalibrierung von Scannern für dosimetrische Zwecke.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist die Überprüfung, inwieweit das Planungssystem PlatoSunrise nach Parametereingabe eine mit gemessenen Daten übereinstimmende 2D-Dosisverteilung berechnen kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden radiochrome Filme im Phantom bestrahlt, mit einem handelsüblichen Scanner digitalisiert und die Daten anschließend durch eigens entwickelte MATLAB-Algorithmen zur Berechnung der 2D-Dosisverteilung aufbereitet und analysiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden der Versuchsaufbau, die Kalibrierung der Filme, die spezifischen Prozeduren für das Scannen und die Auswertung mit MATLAB sowie der Vergleich der Ergebnisse mit theoretischen Modellen detailliert beschrieben.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Schlagworte sind IORT, GafChromic, TG 43 Protokoll, Filmdosimetrie, Anisotropie und MATLAB-Bildverarbeitung.
Warum ist die Anisotropie der Quelle ein Problem?
Die herkömmliche eindimensionale Planung vernachlässigt die winkelabhängige Abgabe der Strahlung (Anisotropie), was bei der Behandlung in klinisch relevanten Bereichen zu unerwünschten Dosisextrema führen kann.
Welche Rolle spielt die verwendete Software bei der Analyse?
MATLAB dient als zentrales Werkzeug zur Extraktion der Daten aus dem Scanner, zur Durchführung von Filteralgorithmen (z.B. Wiener-Filter) und zur Umsetzung der physikalischen Korrekturen, um die Filme als präzise Dosimeter nutzbar zu machen.
- Quote paper
- Dipl.-Ing. (FH) Rainer Schiebel (Author), 2005, Evaluation der 2D Bestrahlungsplanung auf Grundlage des AAPM Task Group No. 43 Protokolls mit GafChromic Filmdosimeter, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/77904
