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Bestimmung der dosimetrisch sensitiven Volumina kommerzieller Detektoren für die Dosimetrie in der Strahlentherapie mittels des Protonen- Mikrostrahls der PTB

19.12.2016

Bild: microDiamond-Detektor (Pfeil) im Fokus vom Mikrostrahl der PTB

Die Strahlentherapie stellt neben der Operation und der Chemotherapie eine Hauptform der Krebstherapie dar. Ein Großteil der strahlentherapeutischen Behandlungen wird mit klinischen Linearbeschleunigern durchgeführt, die Photonenstrahlung mit Maximalenergien im Bereich von 6 MeV bis 18 MeV erzeugen. Jede Patientenbestrahlung wird dabei individuell geplant und der bestrahlten Körperregion angepasst. Für die Berechnung der Bestrahlungspläne werden individuell angepasste Strahlungsfelder verwendet, für die eine exakte dosimetrische Charakterisierung notwendig ist. Durch die Einführung neuer Bestrahlungstechniken sowie die Entwicklung neuer Bestrahlungsgeräte werden immer kleinere Feldgrößen und komplexere Dosisverteilungen mit steilen Dosisgradienten ermöglicht. Die dosimetrische Charakterisierung dieser neuen Systeme stellt eine ständig zunehmende Herausforderung dar. Wegen ihres im Vergleich zu Ionisationskammern kleinen Volumens finden Festkörperdetektoren immer häufiger Anwendung in der Messung ionisierender Strahlung in der Strahlentherapie.

Die exakte Bestimmung des Messvolumens dieser Festkörperdetektoren war das Ziel dieser Forschungsarbeit am Protonen-Mikrostrahl der PTB. Am Beispiel des Diamantdetektors microDiamond (PTW Freiburg, Deutschland), sowie des Siliziumdetektors Diode E (PTW Freiburg, Deutschland) wurde die Tiefe und der Durchmesser des Volumens vermessen. Nach Beschleunigung von Protonen auf eine Energie von 10 MeV in einem Zyklotron wurde mit der Mikrostrahlanlage ein Protonenstrahl mit einem Durchmesser von ca. 7 µm hergestellt. Zur Bestimmung des dosimetrisch sensitiven Durchmessers wurden die Detektoren in der Fokusebene des Mikrostrahls positioniert und in Mikrometerschritten quer zur Detektorachse abgescannt. Zur Bestimmung des dosimetrisch sensitiven Tiefenbereichs des Detektors diente zum einen die Absolutmessung des im Detektor erzeugten Ladungsträgerstroms im Vergleich zum Teilchenstrom der eingeschlossenen Protonen. Zum anderen wurde ein Aluminiumabsorber zwischen Strahl und Detektor eingebracht und in seiner Dicke variiert. Die Tiefenlage des Bragg-Peaks im Detektorvolumen wurde dadurch variiert, und aus der gemessenen Abhängigkeit des Detektorsignals von der Aluminiumdicke im Vergleich zu einer Monte-Carlo-Simulation dieser Funktion konnte die Dicke des sensitiven Detektorvolumens bestimmt werden.

Für den Protonen-Mikrostrahl der PTB ist damit im Bereich der medizinischen Strahlentherapie ein neuer Anwendungsbereich, die Vermessung räumlich hochauflösender Strahlungsdetektoren, erschlossen worden.

Ansprechpartner
D. Poppinga, AG Medizinische Strahlenphysik, Carl von Ossietzky Universität, Oldenburg
D. Harder,  Medizinische Physik und Biophysik, Georg August Universität, Göttingen
Opens window for sending emailU. Giesen, Fachbereich 6.5, Arbeitsgruppe 6.54