Physikalische und technische Grundlagen der Bestrahlungsplanung

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1 Physikalische und technische Grundlagen der Bestrahlungsplanung Von Dipl.-Phys. S.Matschke Dipl.- Phys. J. R i с h t e r Dipl.-Ing. K.Welker Institut für Krebsforschung; Bereich Robert-Rössle-Klinik der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin Mit 193 Abbildungen und 27 Tabellen VE В GEORG THIEME- LEIPZIG- 1968

2 1. Einleitung Begründung der Notwendigkeit der Bestrahlungsplanung Aufgabenstellung und Abgrenzung 2 2. Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie Einleitung Schwächungskoeffizienten Schwächungsgesetz und build-up-faktor Photoabsorption Comptonstreming Paarbildung Schlußbetrachtungen Wechselwirkung der Elektronen mit der Materie Einleitung Elastische Streuung an Atomkernen Wechselwirkungsprozesse mit Energieverlust Energieverlust durch Ionisation und Anregung Bremsvermögen und Massenbremsvermögen Ionisation Mittlere Anregungsenergie I* Polarisationseffekt Bremsstrahlungeverluste Gesamtverluste der Elektronen Reichweite der Elektronen Energieabsorption und Energieübertragung Dosis und Dosiseinheiten Spezielle Dosisbegriffe Ermittlung der Energieabsorption aus der Ionisationsmessung bei Quantenstrahlung Energieabsorption in Luft Bragg-Gray-Theorie.' Fano-Theorem Bestimmung der Dosis in nichtgasförmigen Medien Dosisermittlung bei Elektronengleichgewicht Dosisermittlung bei nicht vorhandenem Elektronengleichgewicht Ermittlung der absorbierten Energie bei der Bestrahlung mit schnellen Elektronen Lineare Energieübertragung LET Materialäquivalenz und effektive Ordnungszahl Materialäquivalenz bei Quantenstrahlung Materialäquivalenz bei schnelllen Elektronen Phantommaterialien und Phantome 73

3 VIII 4. Prinzipielle Möglichkeiten der Dosismessung Ionisationsdosimetrie Thermolumineszenzdosimetrie Photolumineszenzdosimetrie Halbleiterdosimetrie Photographische Dosimetrie Chemische Dosimetrie Kalorische Dosimetrie Besonderheiten bei der Dosimetrie schneller Elektronen Einflüsse auf die Tiefendosis Abhängigkeit der Tiefendosis von Strahlenqualität, Quellen-Oberflächenabstand, Gewebetiefe, Streuung und Feldgröße Umrechnungsgleichungen der prozentualen Tiefendosis für Quantenstrahlung Ausgangsbeziehungen für die Umrechnungen Umrechnungsgleichung bei Veränderung des Quellen-Oberflächenabstandes Umrechnungsgleichung bei Veränderung der Gewebetiefe Umrechnungsgleichung bei Veränderung der Peldgröße Umrechnungsgleichung bei Veränderung der Peldform Einfluß der Peldform auf den Rückstreufaktor Tiefendosiskurven und Tabellen Tiefendosiskurven und Tabellen für Quantenstrahlung Einfluß des Kollimatorsystems auf die Tiefendosiskurve Bedeutung der Halbwertschicht für die Tiefendosiskurve Einfluß der Ionisationskammer auf den Verlauf der Tiefendosiskurve Tiefendosiskurven für Sieb- und Keilfilterbestrahlungen Tiefendosiskurven und Tabellen für Elektronenstrahlung Einfluß verschiedener Gewebearten auf die Tiefendosis Einfluß der Inhomogenitäten bei Quantenstrahlung Energieabsorption in biologischem Material Einfluß von Knochenschichten auf die Tiefendosiskurve Einfluß von Lungengewebe auf die Tiefendosiskurve Anwendung von Korrekturfaktoren in der Praxis Untersuchungen über den Einfluß bei Elektronenstrahlung Energieabsorption und Streuung im biologischen Material Einfluß von Knochen auf die Tiefendosiskurve von Elektronen Einfluß von Luft- und Lungenschichten auf die Tiefendosiskurve von Elektronen Einfluß von Grenzschichten auf die Tiefendosis Grenzschicht Luft Gewebe bei Quantenstrahlung Grenzschicht Luft Gewebe bei Elektronenstrahlung Grenzschicht Gewebe Knochen bei Quantenstrahlung Grenzschicht Knochen Gewebe bei Elektronenstrahlung 168 f>. Bestrahlungstechniken und ihre physikalischen Merkmale Oberflächentherapie Nahbestrahlung 170

4 IX 6.3. Halbtiefentherapie Tiefentherapie Stehfeldbestrahlung Siebbestrahlung Ausgleichsfilter Bewegungsbestrahlung Rotationsbestrahlung Pendelbestrahlung Tangentialbestrahlung Konvergenzbestrahlung Translation Kombination verschiedener Bestrahlungstechniken Kombination verschiedener Strahlenqualitäten und Strahlenarten Physikalische Gesichtspunkte bei der Wahl der Bestrahlungstechnik Integraldosis Indikation zur Stehfeldbestrahlung Vor- und Nachteile der Bewegungsbestrahlung Vorteile der individuellen Dosisplanung Diagnostische und technische Vorbereitungen zur Bestrahlungsplanung Ermittlung der Lage und Ausdehnung des Herdes durch spezielle Aufnahmen und technische Hilfsmittel Abnahme des Patientenumfanges Übertragung der ermittelten Werte in den Patientenumfang und Festlegung der Einstelldaten Benutzung standardisierter Körperquerschnitte Ermittlung der Dosisverteilung Prinzipielle Möglichkeiten zur Dosisermittlung Rechnerische Verfahren Dosisberechnung im Zentralstrahl bei Stehfeldern Rechnerische Ermittlung von Stehfeldisodosen Korrektur des schrägen Einfalls des Strahlungsfeldes Korrektur mit Hilfe des effektiven Absorptionskoeffizienten Korrektur durch das quadratische Abstandsgesetz Korrektur durch Verschieben der Isodosen Korrektur mit dem Gewebe-Luftverhältnis Korrektur für Co 60 -Strahlung nach der Gleichung von PFALZNEB Korrektur für Co 60 -Strahlung nach dem empirischen Verfahren von CAMPBELL und THAN TUN Korrektur mit Hilfe von Austrittsdosismessungen Korrektur von Stehfeldisodosen bei der Verwendung von Filtern Bestimmung von Isodosen in anderen Ebenen Dosisberechnung in der Drehachse bei der Bewegungsbestrahlung Berechnung von Dosisverteilungen bei der Bewegungsbestrahlung Verwendung von Stehfelddosisverteilungen Isodosenermittlung bei getrennter Berechnung der Dosisanteile aus Primärund Sekundärstrahlung 267

5 X Empirische Näherungen Dosisberechnung mit Rechenautomaten Dosisberechnung mit digitalen Rechenautomaten Dosisbestimmung mit Analoganlagen Optimierung bei der Ermittlung von Dosisverteilungen Messung der Dosisverteilungen Messung von Stehfeldisodosen Automatische Messung von Stehfeldisodosen Messung von Dosisverteilungen bei der Bewegungsbestrahlung Photographische Methoden Wertung der verschiedenen Verfahren Einstellung der Bestrahlungsfelder Einstellhilfen und Normierung" der Patientenoberfläche Einstellung mit Durchleuchtungsgerät und EinstellkontroUe durch Aufnahmen Reproduzierbarkeit der Einstellung Messung der Herddosis Kontrollmessungen Protokollierung der Bestrahlungsdaten Literaturverzeichnis Sachregister 351