Patientenzentrierte Qualitätssicherung mit Fast Monte Carlo

Monte Carlo: Der Standard für Genauigkeit
Monte-Carlo-Dosimetriesimulationen sind nach wie vor die genaueste Methode für die Modellierung komplexer Photonen- und Elektronenwechselwirkungen bei unterschiedlicher Patientenanatomie. Für den klinischen Einsatz wünschen sich die Anwender jedoch schnellere Berechnungszeiten. Der neue Fast-Monte-Carlo-Algorithmus in RadCalc geht auf diese Herausforderung ein, indem er die Berechnungszeiten erheblich verkürzt und gleichzeitig einen hohen Genauigkeitsstandard beibehält.

Innovative Geschwindigkeitssteigerungen durch GPU-Computing
RadCalc führt Monte-Carlo-Dosisberechnungen jetzt bis zu sechsmal schneller durch als herkömmliche Methoden und verbessert so die Geschwindigkeit von Qualitätssicherungs-Workflows. Diese Verbesserungen nutzen GPU-basierte Parallelverarbeitung und vorberechnete Elektronenpfade, um die Dosisberechnungen zu beschleunigen und ermöglichen es Medizinphysikern und Dosimetristen, selbst komplexe Behandlungspläne schnell zu überprüfen. Dieser Geschwindigkeitsvorteil unterstützt auch online adaptive Strahlentherapie-Workflows, bei denen Änderungen am täglichen Behandlungsplan vorgenommen werden. Eine patientenspezifische Qualitätssicherung nahezu in Echtzeit ist entscheidend, wenn Patienten auf der Behandlungsliege warten.

Optimierter Arbeitsablauf mit vorberechneter Monte Carlo (PMC)
Die Verwendung von vorberechneten Monte-Carlo-Methoden (PMC) in RadCalc ermöglicht die effiziente Wiederverwendung von Daten vorberechneter Elektronenpfade und optimiert die Dosisberechnungen innerhalb von Patientengeometrien. Dies gewährleistet einen effizienten Arbeitsablauf und reduziert die Berechnungszeiten, ohne die für komplexe Strahlenbehandlungen erforderliche Präzision zu beeinträchtigen.

Verbesserung der patientenzentrierten Sicherheit
Diese Weiterentwicklungen sollen sowohl die Patientensicherheit als auch die Personalisierung der Behandlung verbessern. Die präzisen Berechnungen von RadCalc stellen sicher, dass die Qualitätssicherung für jeden personalisierten Behandlungsplan, der für die spezifische Anatomie des Patienten optimiert ist, direkt an der spezifischen Anatomie des Patienten und nicht an einem homogenen Ersatzphantom durchgeführt wird, was die Unsicherheit bei der Behandlung verringert. Das echte Verständnis der klinischen Auswirkungen von Dosisvariationen ermöglicht behandelnden Ärzten, eine sicherere und effektivere Strahlentherapie mit größerer Zuversicht durchzuführen.

Darüber hinaus ermöglicht die erhebliche Verkürzung der Berechnungszeit eine effizientere Validierung komplexer Pläne, wie sie bei SBRT und IMRT verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Behandlungen pünktlich und innerhalb strenger Sicherheitsgrenzen durchgeführt werden.

Strenge Validierung und Prüfung
Die Fast-Monte-Carlo-Verbesserungen in RadCalc werden derzeit einer Reihe von strengen Validierungen unterzogen, von einfachen Wasserphantomstudien bis hin zu komplexen heterogenen Geometrien wie SBRT-Plänen für die Lunge. Beim Vergleich mit anderen Monte-Carlo-Systemen wie BEAMnrc zeigte RadCalc eine gleichwertige Genauigkeit bei deutlich reduzierter Berechnungszeit. Dies stellt sicher, dass RadCalc gut vorbereitet ist, die steigenden Präzisionsanforderungen bei der Überprüfung komplexer Strahlentherapiepläne zu erfüllen.

Referenzen

1. Heng, V. J., Renaud, M. A., Seuntjens, J. (2024) 'GPU-based Monte Carlo dose calculation using precalculated electron tracks', *AAPM 2024*. 

2. Jia, X. et al. (2011) 'GPU-based fast Monte Carlo simulation for radiotherapy dose calculation', *Physics in Medicine and Biology*. Verfügbar unter: https://arxiv.org/abs/1107.3355 [Zugriff: 9. September 2024]. 

3. Siantar, C. L., et al. (2001) 'Description and dosimetric verification of the PEREGRINE Monte Carlo dose calculation system for photon beams incident on a water phantom', *Medical Physics*, 28, pp. 1322-1337. 

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