Determination of surface and skin dose in proton beam therapy
Creators: name: Kern, Ajvar
Publisher: name: TU Dortmund
Year: 2024
Subjects: subject: Proton therapy
subject: Skin dose
subject: Surface dose
subject: Build-up
subject: Monte Carlo TOPAS
subject: 530
subject: Strahlentherapie
subject: Protonentherapie
subject: Strahlendosis

description: The basis for the application of proton therapy is the physical knowledge and thus the characterization of the proton beam with its depth dose distributions and the spot sizes for various energies. Together with a dose calibration, they form the basis of a beam model for the treatment planning system. The problem is, that the treatment planning system generally does not accurately calculate the first micro- and millimeters of the proton depth dose curve. Additionally, there is limited experimental data available for the superficial proton depth dose curve. The skin is the largest human organ and is involved in every irradiation, which means, it is exposed to the risk of side effects and long-term damage. The aim is to determine the dose delivered to the depth of the skin in proton therapy. In the first step of this thesis, the surface and skin dose of the depth dose curves is measured at various energies. In order to determine the dose in the skin depth in proton therapy, various detectors are used which are particularly suitable for shallow depth measurements. These include ionization chambers, thermoluminescence detectors and radiochromic films. In addition, the surface and skin doses are compared with a Monte Carlo simulation. The second section of this thesis examines the skin dose from various clinical perspectives. There, the impact of different proton beam techniques, the energy-reducing block (range shifter) or the air gap between the proton beam exit (the nozzle) to the detector on the skin dose are discussed.
description: Die Grundlage für die Anwendung der Protonentherapie ist das physikalische Wissen und damit die Charakterisierung des Protonenstrahls mit seinen Tiefendosisverteilungen und den Spotgrößen für verschiedene Energien. Sie bilden mit einer Dosiskalibrierung die Grundlage eines Strahlenmodells für das Bestrahlungsplanungssystem. Das Problem dabei ist, dass die ersten Mikro- und Millimeter der Protonen Tiefendosiskurve durch das Bestrahlungsplanungssystem ungenau berechnet werden und es generell nur wenige experimentelle Daten für die oberflächliche Protonen Tiefendosiskurve gibt. Die Haut ist das größte menschliche Organ und ist bei jeder Bestrahlung involviert, wodurch diese auch dem Risiko von Nebenwirkungen und Langzeitschäden ausgesetzt ist. Ziel ist es, die Dosis in der Hauttiefe in der Protonentherapie zu spezifizieren. Im ersten Schritt dieser Arbeit wird zunächst die Oberflächen- und Hautdosis der Tiefendosiskurven bei verschiedenen Energien vermessen. Um die Dosis in der Hauttiefe in der Protonentherapie zu spezifizieren, kommen verschiedene, besonders für geringe Eintrittstiefen geeignete, Detektoren zum Einsatz. Dazu zählen Ionisationskammern, Thermolumineszenzdetektoren und radiochromatische Filme. Zusätzlich werden die Oberflächen- und Hautdosen mit einer Monte Carlo Simulation verglichen. Im zweiten Schritt der Arbeit wird die Hautdosis unter verschiedenen klinischen Aspekten betrachtet. So wird erörtert, welche Auswirkungen verschiedene Protonenstrahltechniken, ein energiereduzierender Block (Range Shifter) oder der Luftabstand zwischen Protonenstrahlausgang (der Nozzle) und dem Detektor auf die Hautdosis haben.