Antropomorfik yetişkin baş-boyun fantomu geliştirilmesi, doz dağılımlarının plastik sintilatör dozimetre tekniği ile ölçülmesi ve monte carlo simülasyon yöntemiyle hesaplanan sonuçlar ile karşılaştırılması
Development of an anthropomorphic adult HEAD-neck phantom, measurements of dose distributions by using plastic scintillator dosimetry and comparison of monte carlo simulation results
Yazar: GÖKBERK ÜNAL
Danışman: PROF. DR. HALUK YÜCEL
Ankara Üniversitesi / Nükleer Bilimler Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı / Sağlık Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Radyasyon Onkolojisi = Radiation Oncology
Dizin: Antropomorfi = Anthropomorpy ; Dozimetre = Dosimeter ; Monte Carlo benzetimi = Monte Carlo simulation ; Radyometri = Radiometry ; Radyoterapi = Radiotherapy ; Tedavi = Treatment ; Üç boyutlu yazıcı = Three dimensional printer

Özet:
Eksternal radyoterapide tedavinin kesinliği ve doğruluğu hastanın radyasyon güvenliği açısından büyük önem taşımaktadır. Tedavi planlarının kalite güvencesine ek olarak, tedavinin uygulanmasını sağlayan lineer hızlandırıcıların (LINAC'lar) kalite güvencesi periyodik olarak yapılmalıdır. Bu tez çalışmasında doku eşdeğeri materyaller kullanılarak farklı aktif ve pasif dozimetri tekniklerini destekleyebilen antropomorfik bir baş-boyun fantomu üretilmiştir. PLA termoplastik, yumuşak dokuyu taklit etmek için ağırlıklı olarak 3D yazıcı filamenti olarak tercih edilmiştir. Ek olarak, baş-boyun fantomunda kortikal kemik dokusunun üretiminde başta Ca, P, S olmak üzere epoksi esaslı, daha yüksek atom numaralı organik ve inorganik mineraller kullanılmıştır. Bu yeni baş-boyun fantomu için tedavi planlama sistemi (TPS) ile bir radyoterapi planı hazırlanmış ve LINAC ile 6-15 MV foton ışını kalitesinde doz verilmiştir. Hedef hacme iletilen doz, küçük radyasyon alanı dozimetri yöntemleri kullanılarak ölçüldü.
Fantomu oluşturmak için anonimleştirilmiş bilgisayarlı tomografi (BT) görüntülerinden yeniden yapılandırılarak nesne görüntüleri elde edildi. 3D yazıcı ile üretilen fantomun yumuşak dokusunu oluşturmak üzere seçilen termoplastik malzemelerden elde edilen farklı numuneler ve epoksi bazlı farklı oranlarda mineral tozları kortikal kemik dokusu için hazırlanmış ve daha sonra her birinin radyasyon hassasiyeti açısından doku eşdeğerliği araştırılmıştır. Hounsfield Birimi (HU), Yarı Değer tabakası (HVL) gibi radyo-soğurma parametreleri incelenmiştir. Prototip bir baş-boyun fantomunun imalatında, uygun parçalar yumuşak doku (3D yazıcı ile) ve kemik dokusu (kalıplama yoluyla) ile uygun şekilde yapılmıştır. Bir LINAC ışın demeti kullanan bir radyoterapi planı da fantomun hedef hacimdeki dozu vermesi için kullanılmıştır. Doz ölçümü, bir iyon odası (0,6 cm3) ve bir ExradinW1 (1.0mm  x 3mm H) PSD teknikleriyle yapıldı ve ardından TPS algoritması ile hesaplanan dozlarla karşılaştırıldı. Son olarak, baş-boyun fantomundaki doz dağılımlarını desteklemek için Monte Carlo (MC) simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Bu tez çalışmasında, antropomorfik ölçülerde ve doku eşdeğeri baş-boyun fantomu 3D yazıcı ve kalıplama teknikleri ile üretilmiştir. Üretilen fantomunun radyoterapide kalite kontrol cihazı olarak kullanılabilirliği Exradin W1 PSD ve iyon odası dozimetre teknikleri ile gösterilmiştir. Materyal seçimi sırasında ve dozimetre çalışmaları sırasında elde edilen sonuçlar tezde detaylı olarak verilmiştir. 
Bu tez çalışması TÜBİTAK 121F405 kodlu "Antropomorfik Baş-Boyun Fantomu Geliştirilmesi ve Radyoloji ve Eksternal Radyoterapi Sistemlerinde Kullanım için Doz Dağılımlarının Plastik Sintilatör Dozimetre (PSD) ve Radyokromik Film Dozimetre (RFD) Teknikleriyle İncelenmesi" adlı araştırma projesi tarafından tam olarak desteklenmiştir.

Abstract:
In external radiotherapy, the precision and accuracy of the treatment has great importance for the radiation safety of the patient. In addition to the quality assurance of treatment plans, quality assurance of linear accelerators (LINACs) that enable the implementation of treatment should be carried out periodically. In this thesis study, an anthropomorphic head-neck phantom that can support different active and passive dosimetry techniques was produced with use of tissue-equivalent materials. PLA thermoplastic is mainly preferred as 3D printer filament to mimicking the soft tissue. Additionally, epoxy based- higher atomic number organic and inorganic minerals containing mainly Ca, P, S was used for the production of cortical bone tissue in head-neck phantom. For this new head-neck phantom, a radiotherapy plan was prepared with treatment planning system (TPS) and delivered with LINAC with photon beam qualities of 6-15 MV. The dose delivered to the target volume was measured by employing small radiation field dosimetry methods. 
Object images were obtained by reconstruction from the anonymous computed tomography (CT) images to create the phantom. Different samples obtained from thermoplastic materials selected to create the soft tissue of the phantom produced by 3D printer, and epoxy-based different proportions of mineral powders were prepared for cortical bone tissue and then investigated the tissue equivalency of each of them in terms of radiosentitivity and radioabsorption parameters such as Hounsfield Unit (HU), Half-Value-layer. (HVL). In the manufacture of a prototype head-neck phantom, the suitable parts were constructed conveniently with soft tissue(via a 3D printer) and bone tissue( via moulding). A radiotherapy plan using a LINAC beam was also employed for the phantom to deliver the dose the target volume. The dose measurement were carried out an farmer ion Chamber (0.6 cm3) and an ExradinW1 (1.0mm  x 3mm H) PSD techniques, and then compared with the dose calculated ones with the TPS algorithm. Finally Monte Carlo (MC) simulations were performed to support the dose distributions in the head-neck phantom.
In conclusion, an anthropomorphic sized- head-neck phantom was produced with 3D printer and molding techniques using tissue equivalent materials. The usability of the produced phantom as a quality assurance device in radiotherapy has been demonstrated by Exradin W1 PSD refrence to a small volume farmer (0.6 cm3) ion chamber dosimetry techniques. In the thesis. the results obtained during material selection and production and the applied dosimetric measurements together with a MC simulation are iscussed in detail. 
This thesis was fully supported by the TUBITAK 121F405 research project titled "Development of Anthropomorphic Head-Neck Phantom and Investigation of Dose Distributions for Use in Radiology and External Radiotherapy Systems with Plastic Scintilator Dosimetry (PSD) and Radiochromic Film Dosimetry (RFD) Techniques".