ZIEL:
Die Nachahmung der hochmodernen Strahlentherapie von Patienten mit hochpräzisen Bestrahlungsgeräten für Kleintiere soll das Verständnis von Dosis-Wirkungs-Beziehungen und der Strahlenbiologie im Allgemeinen verbessern. Wir arbeiten an der Umsetzung intensitätsmodulierter strahlentherapieähnlicher Bestrahlungsschemata für Kleintiere. Als ersten Schritt stellen wir einen schnellen analytischen Dosisberechnungsalgorithmus für keV-Photonenstrahlen vor.
METHODEN:
Wir verfolgen einen an kV-Röntgenstrahlen angepassten Superpositions-Faltungs-Ansatz, der auf früheren Arbeiten zur Mikrostrahltherapie basiert. Aufgrund der kurzen Elektronenreichweiten im Gewebe gehen wir von einer lokalen Energiedeposition am Photonenwechselwirkungspunkt aus. Dies ermöglicht uns, die Dosisberechnung in die lokal absorbierte Primärdosis und den Streubeitrag zu unterteilen, der in einem Punktkernansatz berechnet wird. Wir validieren unser Dosismodell anhand von Geant4-Monte-Carlo-Simulationen (MC) und vergleichen die Ergebnisse mit Muriplan (XStrahl Ltd, Camberley, Großbritannien).
ERGEBNISSE:
Für Feldgrößen von (1 mm)2 bis (1 cm)2 in Wasser zeigen die Tiefendosiskurven eine mittlere Abweichung von 1.7 % zu MC-Simulationen, mit den größten Abweichungen im Eintrittsbereich (4 %) und in großen Tiefen (5 % bei 7 cm). Größere Diskrepanzen werden an den Wasser-Knochen-Grenzen, im Knochen und an den Strahlkanten in Plattenphantomen und einem Mausgehirn beobachtet. Die Berechnungszeiten liegen für einen einzelnen Strahl in der Größenordnung von 5 s.
FAZIT:
Der Algorithmus zeigt in einer ersten Validierung eine gute Übereinstimmung mit MC-Simulationen. Es hat das Potenzial, eine Alternative zur vollständigen MC-Dosisberechnung zu werden. Erkenntnisfortschritte: Der vorgestellte Algorithmus demonstriert das Potenzial der kernbasierten Dosisberechnung für kV-Photonenstrahlen. Es wird bei der intensitätsmodulierten Strahlentherapie und der inversen Behandlungsplanung für die hochpräzise Strahlentherapie bei Kleintieren von Nutzen sein.
Reinhart AM, Fast MF, Ziegenhein P, Nill S, Oelfke U.
