A Monte Carlo study of the accuracy of CT-numbers for range calculations in carbon ion therapy [Elektronische Ressource] / presented by Sima Qamhiyeh

De
Dissertation Submitted to the Combined Faculties for the Natural Sciences and for Mathematics of the Ruperto-Carola University of Heidelberg, Germany for the degree of Doctor of Natural Sciences Presented by M.Sc.: Sima Qamhiyeh Born in: Nablus, Palestine thHeidelberg, May 16 2007 A Monte Carlo study of the accuracy of CT-numbers for range calculations in Carbon ion therapy Referees: Prof. Dr. Oliver Jäkel Prof. Dr. Joseph Bille To Baba & Mama Without you, I wouldn’t have made it! The important thing in science is not so much to obtain new facts as to discover new ways of thinking about them. ~ William Lawrence Bragg Zusammenfassung Kohlenstoffionen deponieren den größten Teil ihrer Energie in einer schmalen Region nahe der maximalen Reichweite (Bragg Peak). Die Reichweite der Ionen in Gewebe ist abhängig von der Elektronendichte des Gewebes. Diese Elektronendichte kann gegenwärtig nur mit Hilfe eines Röntgen-Computertomographen (CT) mit ausreichend räumlicher Auflösung gemessen werden. Daher ist es notwendig, möglichst exakte CT-Daten zu erhalten. Diese CT-Daten sind allerdings abhängig von den Parametern die während der Datenerfassung verwendet werden.
Publié le : lundi 1 janvier 2007
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Dissertation
Submitted to the
Combined Faculties for the Natural Sciences and for Mathematics
of the Ruperto-Carola University of Heidelberg, Germany
for the degree of
Doctor of Natural Sciences














Presented by
M.Sc.: Sima Qamhiyeh
Born in: Nablus, Palestine

thHeidelberg, May 16 2007













A Monte Carlo study of the accuracy of CT-numbers for range
calculations in Carbon ion therapy























Referees: Prof. Dr. Oliver Jäkel
Prof. Dr. Joseph Bille






















To Baba & Mama
Without you, I wouldn’t have made it!

















The important thing in science is not so much to obtain new facts as to
discover new ways of thinking about them. ~ William Lawrence Bragg






Zusammenfassung

Kohlenstoffionen deponieren den größten Teil ihrer Energie in einer schmalen Region nahe der
maximalen Reichweite (Bragg Peak). Die Reichweite der Ionen in Gewebe ist abhängig von
der Elektronendichte des Gewebes. Diese Elektronendichte kann gegenwärtig nur mit Hilfe
eines Röntgen-Computertomographen (CT) mit ausreichend räumlicher Auflösung gemessen
werden. Daher ist es notwendig, möglichst exakte CT-Daten zu erhalten.
Diese CT-Daten sind allerdings abhängig von den Parametern die während der Datenerfassung
verwendet werden. In dieser Arbeit wird der Einfluss dieser Messparameter auf die CT-Daten
mit Hilfe von Monte-Carlo Simulationen einzelner CT-Projektionen und der Rekonstruktion
dieser Projektionen systematisch studiert. Abweichungen der CT-Daten aufgrund des
Phantomdurchmessers sowie der Zusammensetzung des Substitutmaterials, dem verwendeten
Phantommaterial und der gewählten Spannung der CT-Röntgenröhre werden untersucht.
Desweiteren wird die Übertragung von Unsicherheiten in den CT-Daten in eine therapeutisch
relevantere Reichweiten- und Dosisunsicherheit bei der Anwendung von Kohlenstoffstrahlen
diskutiert.


Abstract

Carbon ions deposit most of their energy in a narrow region near the end of their range (Bragg
peak). The range of ions in tissue depends on the electron density of the tissue, which can only
be measured with reasonable spatial resolution using X-ray computed tomography
(CT).Therefore, it is important to have accurate CT-data. However, the value of CT-numbers
depends on the parameters used during the acquisition of CT-numbers. In this work, the effect
of measuring conditions on CT-numbers is systematically studied by performing Monte Carlo
simulations of a CT scanner and reconstructing the simulated projections. Deviations of CT-
numbers due to the material of the substitutes, the material of the phantom which is used for CT
measurements, the diameter of the phantom and the voltage settings of the X-ray tube are
investigated. The translation of the deviations in CT-numbers into range and dose uncertainties
of Carbon ions is also discussed.




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