Contact

Dr. Marlen Priegnitz
Radiation Physics
m.priegnitzAthzdr.de

Dr. Heide Rohling
Radiation Physics
h.rohlingAthzdr.de

Bildgebung mit Hilfe prompt emittierter Photonen - Prompt Gamma Imaging

Durchquert ein Ionenstrahl Gewebe, kommt es zu nuklearen Reaktionen. Neben der Bildung von β+-aktiven Nukliden, welche die Grundlage für die Positronen-Emissions-Tomographie als Technik zur Verifikation einer Ionenbestrahlung darstellen, werden Atomkerne angeregt. Diese angeregten Kerne geben ihre Energie in Form sogenannten prompter Gammastrahlung ab. Diese Strahlung kann auch genutzt werden, um  die Lage des Strahlenfeldes zu bestimmen.

Da diese prompten Gammaquanten ein sehr breites und hochenergetisches Spektrum aufweisen, ist die messtechnische Erfassung sehr komplex. Eine Anger-Kamera, wie sie beispielsweise in der Nuklearmedizin bei der SPECT zur Anwendung kommt, ist hier nicht geeignet. In unserer Arbeitsgruppe wird an zwei alternativen Verfahren gearbeitet.

Mit Hilfe eines passiv kollimierenden Systems, der sogenannten Schlitzkamera, wie sie von unserem Kollaborationspartner Ion Beam Applications (IBA), Louvain-la-neuve, Belgien, entwickelt wurde, kann diese Strahlungskompenente zu Bildgebung verwendet werden. Am OncoRay erfolgt gegenwärtig die Charakterisierung und Vorbereitung der klinischen Implementierung dieses Systems. Dieses Projekt wird in Kooperation mit dem OncoRay, dem Universitätsklinikum Dresden, dem Institut für Radioonkologie sowie Ion Beam Applications (IBA) durchgeführt.

Funktionsprinzip einer Compton-KameraEbenfalls zur Nutzung der prompten Gammastrahlung entwickeln wir eine elektronisch kollimierende sogenannte Compton-Kamera. Diese Kamera basiert auf einer Kombination zweier Detektoren. Im ersten Detektor, dem Streuer, wird ein einfliegendes Photon an einem quasifreien Hüllenelektron inkohärent gestreut. Der zweite Detektor dient der vollständigen Absorption des Photons. Durch die Kenntnis der Energiedeposition in Streuer und Absorber, kann auf den Raum der möglichen Ursprungsorte des Photons geschlossen werden. Diese Räume haben die Form von Kegelmänteln.

Mittels iterativer Rekonstruktionsverfahren kann aus vielen Einzelereignissen die Quellverteilung rekonstruiert werden. Die rekonstruierte Aktivitätsverteilung ergibt sich folglich durch Überlagerung der Kegelmäntel, die für jedes Ereignis berechnet werden. Der Rekonstruktionsalgorithmus berücksichtigt nicht nur die Geometrie der Kamera, sondern auch die physikalischen Prozesse, die zu den Ereignissen führen und die zugehörigen Wechselwirkungswahrscheinlichkeiten.

Zur Optimierung der Compton-Kamera sind Monte-Carlo Simulationen unerlässlich. Das Monte-Carlo Programm GEANT4 erlaubt die vollständige Betrachtung der Photonenwechselwirkungen und der entstehenden Sekundärpartikel sowie der deponierten Energie in den einzelnen Detektoren. Mithilfe von Simulationen können daher Aussagen über die Effizienz einer Compton-Kamera, den Untergrund sowie die ideale Anordnung und Größe der Detektoren getroffen werden. Monte-Carlo Simulationen sind außerdem hilfreich bei der Vorbereitung und Ergänzung von Messungen mit Compton-Kamera Prototypen.


Contact

Dr. Marlen Priegnitz
Radiation Physics
m.priegnitzAthzdr.de

Dr. Heide Rohling
Radiation Physics
h.rohlingAthzdr.de