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Investigation of a scintillating screen detector for ion beam therapy

Lahrmann, Sonja

German Title: Untersuchung eines Leuchtschirm-Detektors für die Schwerionentherapie

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PDF, English (Dissertation)
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Abstract

Scanned heavy ion radiotherapy produces complex dose distributions, which have to be measured with high resolution in quality assurance. This work investigates a scintillating screen detector, originally developed for beam diagnosis, for fluence measurements at the Heidelberg Ion-Beam Therapy Center (HIT). Measurement control and evaluation software was developed, implemented and used to investigate background, camera settings, influence of the lens and the 45 tilt of the screen relative to the beam on the image signal. Correction methods for background, vignetting and perspective were developed and applied for detector response measurements. The signal of the detector is independent on beam intensity and shows a strictly linear dependence on fluence with an energy-dependent slope. As the fluence calibration showed large day-by-day variations, a recalibration is required for each measurement session. Comparisons of measured and calculated 2d fluence maps of treatment plans showed broader distributions in the measurement. This was attributed to an optical blurring e ect, which has not been corrected for and has to be further investigated before the system can be used clinically. In conclusion, a method for vignetting and perspective correction was developed and the system was characterized for di erent beam parameters. Finally, requirements for an optimized system were derived.

Translation of abstract (English)

Die Schwerionentherapie im Rasterscanverfahren erzeugt komplexe Dosisverteilungen, die im Rahmen der Qualit¨atssicherung mit hoher Aufl¨osung gemessen werdenm¨ussen. In dieser Arbeit wurde ein Leuchtschirm-Detektor, der urspr¨unglich f¨ur die Strahldiagnose entwickelt wurde, im Hinblick auf Fluenzmessungen am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum untersucht. Software f¨ur die Steuerung der Messung und ihre Auswertung wurde entwickelt, implementiert und genutzt, um die Auswirkungen von Kameraeinstellung, Objektiveigenschaften und der 45 Neigung des Schirms relativ zum Strahl auf das Bildsignal zu untersuchen. Darauf wurden Korrekturmethoden f¨ur den Untergrund, die Vignettierung und f¨ur die Perspektive entwickelt und in Messungen des Ansprechverhaltens des Detektors angewandt. Das Signal des Detektors ist unabh ¨angig von der Strahlintensit¨at und zeigt eine streng lineare Abh¨angigkeit von der Fluenz mit einer energieabh¨angigen Steigung. Da die Fluenzkalibrierung große Abweichungen von Tag zu Tag zeigte, ist eine erneute Kalibrierung f¨ur jeden Messtag n¨otig. Ein Vergleich von gemessenen und berechneten 2D-Fluenzverteilungen aus Bestrahlungspl¨anen zeigte in den Messungen verbreiterte Verteilungen. Dies wird einem optischen E ekt zugeschrieben, der hier nicht korrigiert wurde und der noch weiter untersucht werden muss, bevor das System klinisch einsetzbar ist. Zusammenfassend wurde eine Methode zur Vignettierungs- und Perspektivenkorrektur entwickelt und das Detektorsystem wurde f¨ur verschiedene Strahleinstellungen charakterisiert. Schließlich wurden Anforderungen an ein optimiertes System abgeleitet.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Oelfke, Prof. Dr. Uwe
Date of thesis defense: 18. April 2012
Date Deposited: 09. May 2012 15:15
Date: 2012
Faculties / Institutes: Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Dosimetrie
Uncontrolled Keywords: Heavy ion therapy , Dosimetry , Scintillating screens
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