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Verifikation von Monte-Carlo-Simulationen für die Dosimetrie in der Strahlentherapie

01.02.2011

Monte-Carlo-Rechnungen ermöglichen es, den Transport von Elektronen und Photonen durch Materie zu simulieren. Auf Grundlage der Simulationen kann unter anderem die (mittlere) Energie bestimmt werden, die beim Durchgang der Teilchen in einem bestimmten Volumen deponiert wird. Im Bereich der Strahlentherapie ist die Richtigkeit solcher Monte-Carlo-Simulationen von großer Bedeutung, da sie die Möglichkeit für eine genauere Dosisermittlung bei Bestrahlungsplanungen bieten könnten.

Monte-Carlo-Programme liefern normierte Ergebnisse, wie zum Beispiel Dosis pro einfallendem Elektron oder Dosis pro einfallender Fluenz. Da solche normierten Werte experimentell in den meisten Fällen nicht zugänglich sind, erfolgen Vergleiche zwischen Experiment und Simulationsergebnissen daher in der Regel auf relativer Ebene. Aussagen, die auf relativen Vergleichen beruhen, sind aber nicht uneingeschränkt auf Absolutwerte übertragbar. Auch Vergleiche von Simulationsrechnungen mit theoretisch bekannten Ergebnissen sind vorgenommen worden. Diese sind aber nicht ohne Weiteres für die Praxis zutreffend, da diesen Betrachtungen unrealistische (idealisierte) Bedingungen zugrunde liegen.

Im Rahmen einer Doktorarbeit in Zusammenarbeit mit der TU Ilmenau werden erstmalig experimentelle Messungen in hochenergetischen Photonenstrahlungsfeldern und Monte-Carlo-Simulationsrechnungen absolut verglichen. Die Simulationen können damit direkt überprüft werden. Das entsprechende Benchmark-Experiment wird soweit möglich und sinnvoll an die Bedingungen der klinischen Strahlentherapie angelehnt. Es werden die Möglichkeiten des neuen Forschungsbeschleunigers im Richard-Glocker-Bau genutzt, dessen Elektronenstrahl mit Hilfe von Strahlstrommonitoren und Spektrometern sehr genau charakterisiert werden kann. Die Monte-Carlo-Simulationen werden mit dem Programm EGSnrc durchgeführt.

Abbildung : Das Benchmark-Experiment ist in EGSnrc nachzubilden. Beispiel für einen Bestandteil im Experiment ist eine Hohlraum-Ionisationskammer zur Dosismessung (Bild oben). Die Kammer wurde mit dem Geometry-Package egspp, dass in EGSnrc enthalten ist, modelliert. Im Bild unten ist ein Querschnitt durch das Kammermodell zu sehen.