Monte carlo (mc) algoritması kullanarak adaptif radyoterapi'de cone beam bilgisayarlı tomografi (CBCT) sisteminin tedaviye etkisinin değerlendirilmesi
The evaluation of the effect of cone beam computed tomography (CBCT) system in adaptive radiotherapy using monte carlo (MC) algorithm
Yazar: RAMİSER YANIK
Danışman: PROF. DR. BAHAR DİRİCAN
Sağlık Bilimleri Üniversitesi / Gülhane Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Radyasyon Onkolojisi Ana Bilim Dalı / Radyoterapi Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Radyasyon Onkolojisi = Radiation Oncology

Özet:
Amaç: Radyoterapi sırasında hedef hacim ve sağlıklı akciğer dokusundaki değişiklikler akciğer kanserli hastalarda akciğer toksisitesini etkileyebilir. Konvansiyonel fraksiyone radyoterapi sırasında tümör boyutunda küçülme veya büyüme görülebilir. Radyoterapi öncesi Bilgisayarlı Tomografi (BT) ve radyoterapi sırasında alınan Konik Işınlı BT (CBCT) görüntüleri, akciğer kanseri hastalarının Adaptif Radyoterapisi (ART) için etkili bir şekilde kullanılabilir. Bu tez çalısmasında ART'nin doğru zamanlanması için CBCT görüntülemelerinin aralıklarının belirlenmesi amaçlanmıştır. 
Materyal ve Metod: Yirmi küçük hücreli dışı akciğer kanserli hastanın CBCT'si, hedef hacimlerin boyutlarındaki değişimlere bağlı olarak küçülme/büyüme ve lokalizasyonları kullanılarak daha iyi bir tümör kapsanması ve sağlıklı doku korunmasını sağlamada tedavinin 10., 20. ve 30. günlerindeki görüntülemenin etkinliği retrospektif olarak incelenerek değerlendirilmiştir. Değerlendirmede; Görüntülenebilir Tümör Hacimlerindeki (GTV), Klinik Hedef Hacimlerdeki (CTV), tümör merkezinin x,y,z eksenlerindeki değişimleri ve ayrıca başlangıç tedavi planı (pCT), 1. adaptif tedavi planı (pCBCT1), 2. adaptif tedavi planı (pCBCT2), 3. adaptif tedavi planı (pCBCT3) değişimleri tümör kapsanması ve sağlıklı doku korunması araştırılarak Friedman anlamlılık ve Wilcoxon işaretli sıralar SPSS testleri ile analiz edildi. 
Bulgular: GTV, CTV ve Longitudinal (y) eksen değişimleri Friedman testi sonucunda istatistiksel olarak anlamlı fark gösterirken (p ≤0.05), Lateral (x) ve Vertikal (z) eksen değişimleri tümörün hem büyümesi hem de küçülmesi nedeniyle anlamlı bir fark göstermemiştir (p>0.05). 
Bon Ferroni düzeltmeli Wilcoxon işaretli sıralar analizine göre, tüm GTV ve CTV değişimleri için GTV-0 ila GTV-2; GTV-0 ila GTV-3; GTV-1 ila GTV-3 ile CTV-0 ila CTV-2; ve CTV-0 ila CTV-3 ve CTV-1 ila CTV-3; hacimleri için p≤0,05 ve Longitudinal (y) eksen ve GTV-0 ila GTV-2; GTV-0 ila GTV-3; CTV-0 ila CTV-2 ve CTV-0 ila CTV-3 için p ≤0,05 anlamlı fark saptanmıştır. 
Akciğer-GTV(V20), (V5), (ort), Spinal kord(maks), Kalp(V30), (V45), (V60), (ort), Özofagus(ort), Brakiyel pleksus(maks) için pCT, pCBCT1, pCBCT2, pCBCT3'te Friedman testi yapılmış ve anlamlı fark bulunmuştur (p≤0.05). Hangi adaptif planın farklı olduğunu belirlemek için Bon Ferroni düzeltmeli Wilcoxon işaretli sıralar testi yapılmıştır. Akciğer-GTV(V20) ve Akciğer-GTV(V5) için ART planlarında pCT ile pCBCT2; pCT ile pCBCT3; pCBCT1 ile pCBCT2; pCBCT1 ile pCBCT3 arasında anlamlı bir fark bulunmuştur (p ≤0,05). Akciğer-GTV(ort), Akciğer-GTV(V20), Akciğer-GTV(V5), Akciğer-GTV(ort), Kalp(V30), Kalp(V45), Kalp(ort), Özofagus(ort) ve Brakiyel pleksus(maks) için ART planlarında pCT ile pCBCT2; pCT ile pCBCT3; pCBCT1 ile pCBCT3 arasında anlamlı bir fark bulunmuştur (p ≤0,05). Spinal kord(maks) için ART planlarında pCT ile pCBCT1; pCT ile pCBCT2; pCT ile pCBCT3: pCBCT1 ile pCBCT3 arasında anlamlı bir fark bulunmuştur (p ≤0,05). Kalp(V60) için ART planlarında pCT ile pCBCT3 arasında anlamlı bir fark bulunmuştur (p ≤0,05) (Spss versiyon 22).
Sonuç: CBCT, hedef hacim ve sağlıklı akciğer dokusundaki değişikliklerin tespit edilmesine ve adaptif radyoterapi sürecine olanak sağlayarak normal doku korunmasını sağlar. Planlanan tümör hacminde ve toksisitede önemli azalma sağlayan etkili bir görüntüleme aracıdır. CBCT'nin avantajları, yetkin kullanımıyla birleştiğinde, ART sürecini kolaylaştırır ve akciğer kanseriyle zorlu mücadelede radyoterapiye yardımcı olabilir. CBCT görüntülerine dayalı ART sürecinde en az 20. fraksiyondan sonra Adaptif tedavi prosedürünün uygulanmasının faydalı olacağı sonucuna varılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Adaptif Radyoterapi, Konik Işınlı Bilgisayarlı Tomografi, Akciğer Kanseri, Radyotoksisite

Abstract:
Purpose: The changes in target volume and healthy lung tissue during radiotherapy may affect lung toxicity in patients with lung cancer. Tumor size reduction or tumor enlargement may occur during conventional fractionated radiotherapy lung of cancer. Computed Tomography (CT) before radiotherapy and Cone Beam CT (CBCT) images acquired during radiotherapy can be effectively used for Adaptive Radiotherapy (ART) of lung cancer patients. The aim of this thesis was to determine the intervals of CBCT imaging for the correct timing of ART. 
Material and Methods: Twenty non-small cell lung cancer patients' CBCT scans were retrospectively analysed and evaluated for the effectiveness of imaging during treatment on days 10, 20 and 30 of treatment in providing better tumour coverage and healthy tissue preservation by using shrinkage/growth and localisation of target volumes with respect to changes in their sizes. Gross Tumour Volumes (GTV), Clinical Target Volumes (CTV) and tumour volume centres in x,y,z axes along with changes in initial treatment plans (pCT), 1st adaptive treatment plans (pCBCT1), 2nd adaptive treatment plans (pCBCT2) and 3rd adaptive treatment plans (pCBCT3) were analysed by Friedman significance and Wilcoxon signed-rank SPSS tests for tumour coverage and healthy tissue preservation. 
Results: GTV, CTV and longitudinal (y) axis changes of the adaptive treatment-planned patients showed a statistically significant difference (p ≤0.05), whereas lateral (x) and vertical (z) axis changes did not show a statistically significant difference related to either upsizing or downsizing of the tumor (p>0.05). 
Wilcoxon signed-rank analysis with Bon Ferroni correction revealed statistically significant volume difference for; GTV0-GTV2, GTV0-GTV3, GTV1-GTV3, CTV0-CTV2, CTV0-CTV3, CTV1-CTV3 (p ≤0.05); whereas GTV0-GTV1, GTV0-GTV2, GTV0-GTV3, CTV0-CTV2 and CTV0-CTV3 also revealed statistically significant tumor-centre displacement in longitudinal (y) axis (p ≤0.05).
Friedman test was done for pCT, pCBCT1, pCBCT2, pCBCT3 for  Lung-GTV(V20)-(V5)-(mean); Spinal cord(max); Heart(V30)-(V45)-(V60)-(mean); Oesophagus(mean); Brachial plexus(max), and a statistically significant difference for the aforementioned plans was noted (p≤0.05). Wilcoxon signed-rank test with Bon Ferroni correction was done to determine which adaptive plan was different. A statistically significant difference was determined between pCT and pCBCT2; pCT and pCBCT3; pCBCT1 and pCBCT2; pCBCT1 and pCBCT3 in ART plans for Lung-GTV(V20) and Lung-GTV(V5) (p ≤0.05). There was a statistically significant difference between pCT and pCBCT2; pCT and pCBCT3; pCBCT1 and pCBCT3 in ART plans for Lung-GTV(mean), Lung-GTV(V20), Lung-GTV(V5), Lung-GTV(mean), Heart(V30), Heart(V45), Heart(mean), Oesophagus(mean) and Brachial plexus(max) (p ≤0,05). A statistically significant difference was noted between pCT and pCBCT1; pCT and pCBCT2; pCT and pCBCT3: pCBCT1 and pCBCT3 in the ART plans for Spinal cord(max) (p ≤0,05). A statistically significant difference was determined between pCT and pCBCT3 in ART plans for Heart (V60) (p ≤0.05) (Spss version 22).
Conclusion: CBCT enables the detection of changes in the target and healthy lung tissue volumes allowing adaptive radiotherapy process avoiding normal tissue toxicity. CBCT is an effective imaging tool that provides significant reduction in planned tumour volume and toxicity. The advantages of competantly CBCT facilitates the ART process in assisting radiotherapy treatment course in the fight against lung cancer. It can be concluded that CBCT imaging-based ART application started at least after 20th fraction of process is suggested to be beneficial in cancer radiotherapy. 
Keywords: Adaptive Radiotherapy, Cone Beam Computed Tomography, Lung Cancer, Radiotoxicity