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Development and Validation of a Multi-Leaf Collimator Component Module Using a Modified EGSnrc Platform for Monte Carlo Simulations

Dörner, Edgardo

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A new component module (CM) named MMLC was developed for the Monte Carlo code BEAMnrc. It models the geometry and the dosimetrical characteristics of the add-on miniature multileaf collimator ModuLeaf (MRC Systems GmbH, Heidelberg, Germany, now part of Siemens, Erlangen, Germany). The new component module is partly based on the existing CM called DYNVMLC. The development was performed using a modified EGSnrc platform which enables to work in the Microsoft Visual Studio environment. In order to validate the new CM, the PRIMUS linac with 6 MV x-rays (Siemens OCS, Concord, California, USA) equipped with the ModuLeaf mini MLC was modeled. Validation was performed by two methods: (a) a ray-tracing method to check the correct geometry of the MLC, and (b) a comparison of calculated and measured results of the following dosimetrical parameters: output factors, dose profiles, field edge position, penumbra, MLC interleaf leakage and transmission values. An excellent agreement was found for all parameters. It was in particular also found that the relationship between leaf position and field edge depending on the shape of leaf ends can be investigated with a higher accuracy by this new calculation tool than by measurements further demonstrating the usefulness of the new CM.

Translation of abstract (German)

Für den Monte Carlo Code BEAMnrc wurde ein neues “Component Module“ genannt MMLC entwickelt. Es modelliert die Geometrie und die dosimetrischen Eigenschaften des Miniatur-Multileaf-Kollimators ModuLeaf (MRC Systems GmbH, Heidelberg). Das neues Component Module basiert zum Teil auf einem bereits existierenden “Component Module“ genannt DYNVMLC, das jedoch wegen der besonderen Bauweise des vorliegenden Miniatur-Kollimators für die Simulierung nicht geeignet war. Die Entwicklung wurde auf einer modifizierten Monte Carlo Plattform durchgeführt, die auf der EGSnrc Plattform des National Research Council of Canada beruht. Die neue Plattform ermöglichte es, in der Microsoft Visual Studio Umgebung zu arbeiten und hierbei den modernen Visual Fortran Compiler von Intel einzusetzen. Die Modellierung der dosimetrischen Eigenschaften des Miniatur-Multileaf-Kollimators ModuLeaf wurde in Verbindung mit der 6 MV Röntgenstrahlung des Linearbeschleunigers PRIMUS durchgeführt, um nachprüfbare dosimetrische Ergebnisse zu erzielen. Die Validierung der Ergebnisse erfolgte durch zwei Verfahren: (a) durch ein Ray-Tracing Verfahren, um die korrekte Geometrie des MLC zu überprüfen, und (b) durch den Vergleich der berechneten und mit gemessenen Ergebnisse der folgenden dosimetrischen Parameter: Output-Faktoren, Dosisprofile, isozentrische Position des Feldrands, Größe des Halbschattens, Interleaf-Leckage und Transmission. Eine ausgezeichnete Übereinstimmung wurde für alle Parameter gefunden. Es wurde insbesondere auch gefunden, dass die Beziehung zwischen der mechanischen Positionierung der Kollimatorlamellen und des isozentrischen Strahlenfeldrandes, der von der Form der Lamellen-Enden abhängt, mit einer höheren Genauigkeit im Vergleich zur messtechnischen Methode untersucht werden kann. Dies demonstriert die weitere Nützlichkeit des neuen Monte Carlo Moduls.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Hartmann, Prof. Dr. Günther
Date of thesis defense: 20 July 2012
Date Deposited: 21 Jan 2013 14:24
Date: 20 July 2012
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Medical physics General theory and mathematical aspects Monte Carlo methods Collimation Simulation
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