Dozimetrijska provjera konvolucijskog algoritma za izračun apsorbirane doze u radiokirurgiji mozga Leksellovim gama nožem

diplomski rad

• Naslov (engleski): Dosimetric verification of convolution algorithm for absorbed dose calculation in Leksell Gamma Knife brain radiosurgery
• Autor: Gabriela Jazvac
• Mentor: Hrvoje Hršak (mentor)
• Mentor: Tomislav Bokulić (komentor)
• Član povjerenstva: Tomislav Bokulić (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Hrvoje Hršak (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Mihael Makek (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Damir Bosnar (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Ivica Friščić (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Prirodoslovno-matematički fakultet; (Fizički odsjek); Zagreb
• Datum i država obrane: 2024-02-19, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: PRIRODNE ZNANOSTI; Fizika

Sažetak

U planiranju radiokirurgije mozga Leksellovim gama nožem koristi se računalni sustav za izračun i optimizaciju apsorbirane doze. Najčešće korišteni algoritam u sustavu za planiranje terapije Leksell GammaPlan (LGP, Elekta AB, Stockholm, Švedska) je TMR 10 (Elekta AB, Stockholm, Švedska), temeljen na omjeru tkivo-maksimum. On pretpostavlja da je gustoća tkiva ekvivalentna gustoći vode te da su sastav i gustoća svih tkiva homogeni. U neposrednoj blizini heterogenih struktura, predana apsorbirana doza i doza koju je izračunao TMR 10 algoritam mogu se znatno razlikovati. Uz TMR 10 algoritam dostupan je i konvolucijski algoritam. On konvoluira funkcije koje opisuju kako se energija prenosi iz primarnog fotonskog snopa na sekundarne elektrone sa funkcijama koje opisuju kako se ta energija dalje prenosi u tkivo. Time se uzimaju u obzir razlike medu tkivima. U ovom radu proveli smo dozimetrijsku provjeru točnosti konvolucijskog algoritma za jednostavne jednoizocentričke raspodjele doze Leksellovog gama noža, uz pretpostavku da se njime točnije računa apsorbirana doza u odnosu na TMR 10 algoritam. Za provjeru su korišteni radiokromski film GAFChromic EBT3 (Ashland Advanced Materials, Bridgewater, New Jersey, SAD), ionizacijske komore Semiflex TM31010 i PinPoint3D TM31022 (PTW, Freiburg, Njemačka) i silicijski detektor Diode E (PTW, Freiburg, Njemačka). Rezultati ovog rada ne podržavaju pretpostavku da konvolucijski algoritam točnije računa apsorbiranu dozu od TMR 10 algoritma za ciljne volumene u središtu mozga. TMR 10 algoritam daje rezultate unutar 2.1% od eksperimentalnih vrijednosti, čime daje točnije rezultate od konvolucijskog algoritma za većinu mjernih točaka, čija su odstupanja do 3.1%. Konvolucijski algoritam sustavno podcjenjuje apsorbiranu dozu. Sve računalno određene raspodjele doze i izlazni faktori su u odličnom slaganju s referentnim vrijednostima.

Sažetak (engleski)

In the planning process of Leksell Gamma Knife brain radiosurgery a treatment planning system is used for the calculation and optimization of the absorbed dose. The most commonly used algorithm in Leksell Gamma Plan treatment planning (LGP, Elekta AB, Stockholm, Sweden) system is the TMR 10 algorithm (Elekta AB, Stockholm, Sweden), based on the tissue maximum ratio. It assumes tissue-water equivalency along with the homogeneity of tissue composition and density. Near heterogeneous structures, the dose delivered to the target volume and the dose calculated by the TMR 10 Algorithm can differ significantly. The convolution algorithm is available alongside the TMR 10 algorithm. It convolves functions describing the energy transfer between the primary photon beam and the secondary electrons with functions describing how that energy is further distributed in tissue. That way it accounts for the differences between tissues. This study aimed to verify the convolution algorithm’s accuracy for simple mono-isocentric dose distributions of Leksell Gamma Knife under the assumption that it might perform more accurately than the TMR 10 algorithm in the absorbed dose calculation. The detectors used were the GAFChromic EBT3 radiochromic film (Ashland Advanced Materials, Bridgewater, New Jersey, USA), the Semiflex TM31010 and the PinPoint3D TM31022 cylindrical ionization chambers (PTW, Freiburg, Germany) and the Diode E silicon detector (PTW, Freiburg, Germany). The results of this study do not support the hypothesis that the convolution algorithm performs better than the TMR 10 algorithm in calculation of the absorbed dose for the mid-brain locations of interest. The TMR 10 algorithm performs within 2.1% or less relative to the experimental values, yielding more accurate results than the convolution algorithm for most measurement points, which differ up to 3.1%. The convolution algorithm systematically underestimated the absorbed dose. All output factors and dose profiles calculated with both algorithms were in excellent agreement with reference values.

• Ključne riječi: Leksellov gama nož; TMR 10 algoritam; konvolucijski algoritam
• Ključne riječi (engleski): Leksell Gamma Knife; convolution algorithm; TMR 10 algorithm
• Jezik: hrvatski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:343321
• Studijski program: Naziv: Fizika; smjerovi: Istraživački; Smjer: Istraživački; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: integrirani prijediplomski i diplomski; Akademski / stručni naziv: sveučilišni magistar fizike (univ. mag. phys.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2024-04-05 12:22:56