Measurement of the modulation transfer function with an edge phantom at megavoltage energies

Abstract

The quality of a medical imaging system is determined by how well it transfers diagnostically important information. In terms of spatial resolution, the performance of a system can be objectively characterized by the modulation transfer function (MTF), which describes the transfer of image structures as a function of spatial frequency. MTF measurements at MV energies have previously been conducted with a wide variety of phantoms. The partly contradictory reports raise the question whether the MTF is influenced by the phantom design and, if so, what size of systematic error to expect. This thesis presents MTF measurements on a clinical MV portal imaging system used during radiation therapy. The influences of geometric unsharpness, absorption unsharpness and scatter on the measurement are investigated using Monte Carlo simulations. To quantify the impact of the phantom design on the MTF, a new method is developed that calculates the systematic error in an MTF measurement based on Monte Carlo simulations of the detector input signal. Several edge phantoms are presented which provide high measurement accuracy for a 6 MV photon beam. The results are applicable to all MV imaging devices operated with a comparable beam quality.

Die Qualität eines medizinischen Bildgebungssystems wird dadurch bestimmt, wie gut es diagnostisch relevante Informationen überträgt. In Bezug auf die Ortsauflösung lässt sich ein System objektiv durch die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) charakterisieren, die die Wiedergabe von Bildstrukturen als Funktion der Ortsfrequenz beschreibt. MTF-Messungen bei MV-Energien wurden in der Vergangenheit mit einer Vielzahl von Phantomen durchgeführt. Die zum Teil widersprüchlichen Ergebnisse werfen die Frage auf, ob die MTF durch das Phantom-Design beeinflusst wird und in welcher Größenordnung der systematische Fehler liegt. In dieser Arbeit werden MTF-Messungen an einem klinischen Portal-Imaging-System in der Strahlentherapie vorgestellt. Die Einflüsse von geometrischer Unschärfe, Absorptionsunschärfe und Streuung auf das Messergebnis werden mithilfe von Monte-Carlo-Simulationen untersucht. Um den Einfluss des Phantom-Designs auf die MTF zu quantifizieren, wird eine neue Methode entwickelt, die den systematischen Fehler in einer MTF-Messung auf der Grundlage von Monte-Carlo-Simulationen des Detektor-Eingangssignals berechnet. Es werden mehrere Phantome vorgestellt, die eine hohe Messgenauigkeit für 6 MV-Photonenstrahlung bieten. Die Ergebnisse sind auf alle MV-Bildgebungssysteme mit einer vergleichbaren Strahlqualität anwendbar.