Build-down and Build-up of Absorbed Dose at Interfaces between Air and Tissue A Comparative Study between Monte Carlo Simulations and the Helax-TMS Treatment Planning System
(2007)Medical Physics Programme
- Abstract
- Purpose: To study the build-down and build up of the absorbed dose at the interface between air and tissue in the head and neck region. Monte Carlo simulations are compared to a treatment planning system that is used at the University Hospital in Lund. Materials and methods A virtual phantom was constructed to resemble an air cavity in the head and neck region. The phantom consisted of a water cylinder with an air cylinder place at the centre. Irradiation with three different field sizes and four different energies were included. The Monte Carlo simulations were done with the EGSnrc user code DOSRZnrc and the treatment planning system was Helax-TMS. In Helax-TMS the dose calculation algorithms Pencil Beam and Collapsed cone were included.... (More)
- Purpose: To study the build-down and build up of the absorbed dose at the interface between air and tissue in the head and neck region. Monte Carlo simulations are compared to a treatment planning system that is used at the University Hospital in Lund. Materials and methods A virtual phantom was constructed to resemble an air cavity in the head and neck region. The phantom consisted of a water cylinder with an air cylinder place at the centre. Irradiation with three different field sizes and four different energies were included. The Monte Carlo simulations were done with the EGSnrc user code DOSRZnrc and the treatment planning system was Helax-TMS. In Helax-TMS the dose calculation algorithms Pencil Beam and Collapsed cone were included. Results: The results from the Monte Carlo simulations and the treatment planning system were presented as depth dose curves and dose profiles. The build-up effect is most evident for the smallest field sizes and especially for the field size that has a smaller radius than the air cavity radius. The Pencil Beam algorithm was overestimating the dose compared to the Monte Carlo simulations. The curves for Collapsed Cone and Monte Carlo simulation have a good agreement. Conclusion: Pencil Beam overestimates the dose at the interface between air and water when an air cavity is present. The recommended accuracy limits are not met for this algorithm. Collapsed Cone on the other hand gives a better estimation of the actual absorbed dose in this region and is a better tool to calculate the dose in regions with air cavities. Collapsed cone is however a very time consuming algorithm. (Less)
- Abstract (Swedish)
- Hals- och huvudregionen innehåller många luftkaviteter t.ex. luftstrupe, bihålor och munhåla. Detta arbete undersökte vad som händer i vävnaden kring dessa luftkaviteter när de blir bestrålade med fotoner och hur bra ett dosplaneringssystem för strålbehandling modellerar den absorberade dosen till ett heterogent medium.
Dosberäkningarna gjordes med hjälp av ett Monte Carlo-simuleringsprogram som heter DOSRZnrc. Monte Carlo simulering använder en slumpgenerator och är en av de mest precisa metoderna för att beräkna den absorberade dosen till ett medium. Dosplaneringssystemet som jämfördes med Monte Carlo simuleringarna heter Helax-TMS. Helax-TMS innehåller två olika beräkningsalgoritmer: Collapsed Cone och Pencil Beam. Collapsed cone... (More) - Hals- och huvudregionen innehåller många luftkaviteter t.ex. luftstrupe, bihålor och munhåla. Detta arbete undersökte vad som händer i vävnaden kring dessa luftkaviteter när de blir bestrålade med fotoner och hur bra ett dosplaneringssystem för strålbehandling modellerar den absorberade dosen till ett heterogent medium.
Dosberäkningarna gjordes med hjälp av ett Monte Carlo-simuleringsprogram som heter DOSRZnrc. Monte Carlo simulering använder en slumpgenerator och är en av de mest precisa metoderna för att beräkna den absorberade dosen till ett medium. Dosplaneringssystemet som jämfördes med Monte Carlo simuleringarna heter Helax-TMS. Helax-TMS innehåller två olika beräkningsalgoritmer: Collapsed Cone och Pencil Beam. Collapsed cone används idag inte på universitetssjukhuset i Lund. Anledningen till detta beror på att algoritmen är långsam i beräkningen.
Geometrin som användes skulle efterlikna en luftkavitet som befinner sig i hals och huvudregionen. Detta gjordes med en förenklad geometri som endast bestod av en vattencylinder med en liten luftcylinder placerad i dess centrum. Vattencylinder var 12 cm lång med en radie på 7.5 cm. Luftcylindern var 3 cm lång med en radie på 1.5 cm. Fotonstrålning skickades in längs med cylinderns centralaxel med energierna 4, 6, 10 och 18 MV. 4 och 6 MV används vanligtvis vid behandling i hals- och huvudregionen. Tre olika cylindriska strålfält användes med radier: 1, 2.5 och 5 cm.
Den absorberade dosen samlades in längs cylinderns centralaxel, dvs. djupdosen. Dosen samlades också in på ett djup av 6 cm längs hela cylinderns tvärsnitt, dvs. dosprofilen. Resultatet presenterades som djupdos- och dosprofilkurvor för de fyra energier och de tre olika fältstorlekarna.
När den infallande strålningen når till luftkaviteten kommer den absorberade dosen att minska. Detta sker gradvis och kallas för build-down. På samma sätt blir det när den infallande strålningen har passerat kaviteten och når vävnaden kommer mer dos att absorberas. Detta kallas för build-up. Build-up och build-down visade sig att öka med ökande energi och minskade med ökande fältstorlek. Andra studier har även visat att build-down och build-up även beror på placeringen av luftkaviteten och storleken på kaviteten. Dosplanneringssystemets algoritm Pencil beam visade sig överskatta dosen med upp till 250 % medan den andra algoritmen, collapsed cone, endast överskattade med som mest 20 %. Men collapsed cone är i nuläget för långsam för att användas till alla behandlingar. Ett alternativ skulle vara att endast använda collapsed cone i de fall där man har luftkaviteter närvarande. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/2157007
- author
- Eriksson, Jakob
- supervisor
- organization
- year
- 2007
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Strålterapi
- language
- English
- id
- 2157007
- date added to LUP
- 2011-09-13 13:28:36
- date last changed
- 2011-12-08 11:51:12
@misc{2157007,
abstract = {{Purpose: To study the build-down and build up of the absorbed dose at the interface between air and tissue in the head and neck region. Monte Carlo simulations are compared to a treatment planning system that is used at the University Hospital in Lund. Materials and methods A virtual phantom was constructed to resemble an air cavity in the head and neck region. The phantom consisted of a water cylinder with an air cylinder place at the centre. Irradiation with three different field sizes and four different energies were included. The Monte Carlo simulations were done with the EGSnrc user code DOSRZnrc and the treatment planning system was Helax-TMS. In Helax-TMS the dose calculation algorithms Pencil Beam and Collapsed cone were included. Results: The results from the Monte Carlo simulations and the treatment planning system were presented as depth dose curves and dose profiles. The build-up effect is most evident for the smallest field sizes and especially for the field size that has a smaller radius than the air cavity radius. The Pencil Beam algorithm was overestimating the dose compared to the Monte Carlo simulations. The curves for Collapsed Cone and Monte Carlo simulation have a good agreement. Conclusion: Pencil Beam overestimates the dose at the interface between air and water when an air cavity is present. The recommended accuracy limits are not met for this algorithm. Collapsed Cone on the other hand gives a better estimation of the actual absorbed dose in this region and is a better tool to calculate the dose in regions with air cavities. Collapsed cone is however a very time consuming algorithm.}},
author = {{Eriksson, Jakob}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Build-down and Build-up of Absorbed Dose at Interfaces between Air and Tissue A Comparative Study between Monte Carlo Simulations and the Helax-TMS Treatment Planning System}},
year = {{2007}},
}