Bestimmung der Wechselwirkungsparameter des menschlichen Gewebes für Monte-Carlo-Dosisberechnungen in der Strahlentherapie

Hintergrund:

Monte-Carlo-Dosisberechnungsverfahren für klinische Photonen- und Elektronenstrahlung besitzen das Potential, die Dosis mit einer Genauigkeit von besser als ±2% vorhersagen zu können. Um diese Präzision zu erreichen, ist jedoch die Kenntnis der Wechselwirkungseigenschaften in jedem Volumenelement essenziell.

Material und Methoden: Es wird eine mögliche Methode für die Umrechnung von Massendichten in totale Wirkungsquerschnitte beschrieben. Diese Methode basiert auf einer detaillierten Analyse der Wechselwirkungsdaten für Körpergewege (ICRU-Report 46) und erlaubt die Konvertierung, ohne die atomare Zusammensetzung kennen zu müssen.

Ergebnisse: Die Analyse ergab verschiedene Anpassungsfunktionen, mit denen die einzelnen Wechselwirkungsparameter für beliebige Materialien aus den entsprechenden Wirkungsquerschnitten in Wasser berechnet werden können.

Schlussfolgerung: Zusammen mit Standardtechniken der Berechnung von Massendichten aus einer vorgegebenen Verteilung von CT-Zahlen stellt die Methode einen effektiven und genauen Algorithmus zur Bestimmung von Photonenwechselwirkungskoeffizienten, von Elektronenbremsvermögen sowie der elektronischen Streuparameter dar.

Background:

Monte Carlo dose calculation techniques for clinical photon and electron beams potentially predict the dose with an accuracy of better than ±2%. However, to achieve this precision, knowledge of the interaction properties in each volume element is essential.

Material and Methods: In the present paper a method for mass density to total cross section conversion is described. This method is based on a detailed analysis of the interaction data for body tissues (ICRU Report 46) and allows the conversion without knowing the atomic composition.

Results: The analysis resulted in various fit functions allowing the calculation of interaction parameters for arbitrary materials using the corresponding cross sections in water.

Conclusion: Together with standard procedures to calculate mass densities from a given CT number distribution, the method represents an effective and accurate algorithm to determine photon interaction coefficients, electron stopping powers as well as electron scatter parameters.