Verification of Dose Calculation Algorithms in Treatment Planning Systems for External Radiation Therapy: A Monte Carlo Approach

University dissertation from Medical Radiation Physics, Lund University

Abstract: Popular Abstract in Swedish För många cancerpatienter är strålbehandling ett viktigt behandlingsalternativ. En framgångsrik behandling kräver att den absorberade dosen till patienten kan ges med stor noggrannhet. Detta eftersom en liten avvikelse i absorberad dos kan påverka behandlingens resultat. Strålbehandling sker idag med avancerad teknik och utrustning där osäkerheterna i varje led i behandlingskedjan måste minimeras. Ett led i förberedelserna är att beräkna den absorberade dosen till patienten. Detta görs idag med avancerade datorprogram, så kallade dosplaneringssystem. Noggrannheten i den beräknade dosen har vanligtvis studerats med experimentella mätningar. Experimentella data begränsas av vad som är praktiskt genomförbart och kan vara förenade med osäkerheter, som är relaterade till mätutrustningen. Behandlingsapparatens stabilitet i tiden påverkar också resultaten, då det kan ta dagar att samla in all den information som behövs. I detta arbete har möjligheten och fördelarna med att använda en Monte Carlo-metod för att utvärdera noggrannheten i dosplaneringssystemens dos¬beräkning studerats. Monte Carlo är en sannolikhetsbaserad beräknings¬metod, som utgår från grundläggande fysikaliska egenskaper. En modell av en behandlingsapparat, en s.k. virtuell behandlingsapparat, har konstruerats i ett Monte Carlo-baserat datorprogram. Denna virtuella behandlingsapparat har använts för att bland annat generera information motsvarande den man kan mäta upp för kliniska behandlingsapparater. Den virtuella behandlings¬apparaten har lagts in i dosplaneringssystemet på samma sätt som kliniska behandlings¬apparater. Jämförelser mellan den virtuella behandlings¬apparaten (Monte Carlo-simuleringar) och dess motsvarighet i dos¬planerings¬systemet kan användas för att studera noggrannheten i den beräknade dos¬fördelningen i olika situationer. Denna virtuella behandlings¬apparat kan också användas för att studera hur väl dosplanerings¬sytemet kan beskriva de strålfält som genereras av behandlings¬apparaten. Resultaten visar att konceptet med den virtuella behandlingsapparaten framgångsrikt kan användas för att studera noggrannheten i dosplanerings-systems dosberäkning. Fördelarna med detta koncept har också illustrerats i flera situationer, där motsvarande jämförelser baserade på mätningar är begränsade eller till och med omöjliga. Till exempel har noggrannheten i dosberäkningen för några vanliga patientbehandlingar studerats. Konceptet med den virtuella behandlingsapparaten gör det möjligt att i detalj studera de modeller som beskriver strålfälten och den efterföljande beräkningen av dosfördelningen i patienten. Den virtuella behandlings-apparaten är därför ett värdefullt verktyg för både användare och tillverkare.

  CLICK HERE TO DOWNLOAD THE WHOLE DISSERTATION. (in PDF format)