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Detektoren für Messsystem für 3D-Dosisverteilungen um HDR-Brachytherapiestrahler fertiggestellt

30.09.2019

In der Hochdosisleistung-(HDR)-Brachytherapie werden therapeutische Dosisverteilungen durch Computersimulationen bestimmt. Eine Möglichkeit zur messtechnischen Validierung dieser Simulationen in 3D in Wasser wurde in der PTB realisiert. Dieses Messsystem wurde nun um Plastikszintillationsdetektoren mit Volumina zwischen 0,05 mm3 und 0,79 mm3 ergänzt.

Die Validierung von klinischer Bestrahlungsplanungssoftware in der HDR-Brachytherapie findet zurzeit mit Monte Carlo-Simulationen statt. In den für HDR-Brachytherapie und insbesondere elektronische Brachytherapie typischen Energiebereichen (respektive 375 keV und 50 keV) ist für solche Simulationen die exakte Materialzusammensetzung aller Materialien im Strahlenweg – beispielsweise der Applikatoren – sehr wichtig. Um von solchen möglichen Fehlerquellen unabhängig zu werden, wird ein Messsystem gebraucht, dass die Dosisverteilungen mit der erforderlichen räumlichen Auflösung vermisst: Im Nahfeld der Strahler führt schon ein Positionierfehler von 50 µm zu einer Änderung der Dosisleistung von 1 %. Das nun in der PTB fertiggestellte, abgebildete Messsystem positioniert Detektoren mit einer Unsicherheit von etwa 50 µm an beliebigen Orten innerhalb eines 600 l fassenden Wasserphantoms und erreicht damit die gewünschten Messgenauigkeiten.

Als Detektoren kommen selbst gefertigte Plastikszintillationsdetektoren (PSD) mit Volumen von 0,05 mm3, 0,10 mm3, 0,39 mm3 und 0,79 mm3 zum Einsatz. Derart kleinvolumige PSD sind kommerziell nicht erhältlich. Des Weiteren kommen neue Techniken zur Reduktion der Messunsicherheiten zum Einsatz, die international noch nicht publiziert wurden. So befindet sich ein UV-Filter zwischen Szintillator und Lichtwellenleiter, um ungewollte Szintillatoranregungen durch im Lichtwellenleiter entstehendes Cherenkov-Leuchten (teilweise im UV-Bereich) zu unterbinden. Auch wird mithilfe einer Konstantlichtquelle der relative Signalverlust durch verschiedene Lichtwellenleiterkrümmungen für jede Detektorposition bestimmt. Damit kann das Ziel, die Positionierungsfehler auf maximal 50 µm zu begrenzen, erreicht werden, da die Gesamt-Messunsicherheit (einfache Standardabweichung) maximal 47 µm beträgt.

Abb.: Ein Detektor mit 0,05 mm3 Volumen (hier noch ohne lichtdichte Schutzkappe) leuchtet unter UV-Licht.