Radyoterapi hastalarında radyasyon doz dağılımlarının deneysel olarak üç boyutlu şekilde belirlenebilmesi için yeni doku eşdeğeri jel dozimetrelerin geliştirilmesi
Development of new tissue equivalent gel dosimeter to experimently determine three-dimensional radiation dose distributions in radiotherapy patients
Yazar: ELİF BERNA ÇALI
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ERDEM SAĞSÖZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Radyasyon Onkolojisi = Radiation Oncology

Özet:
Amaç: Bu tez çalışmasında MAGICA normoksik polimer jel dozimetreye, kemik dokuda en çok bulunan inorganik madde olan hidroksiapatit minerali nano boyutta katkılanarak (MAGICA+nHAP) dozimetrik ve fiziksel özellikleri açısından insan trabeküler kemik doku ile benzer bir üç boyutlu (3B) jel dozimetre elde edilmesi amaçlanmıştır.  
Yöntem: Kemik doku eşdeğeri jel dozimetrenin fiziksel ve dozimetrik özellikleri şu şekilde karakterize edilmiştir: Fiziksel yoğunluğu (ρ) Archimedes prensibine göre belirlenmiştir. Elementlerin bileşim oranlarından faydalanılarak ağırlık kesri (wi), elektron yoğunluğu (ρe/ρ) ve etkin atom numarası (Zeff) Mayneord'un formulü ile hesaplanmıştır. Enerji bağımlı değerler olan etkin atom numarası (Zeff) ile elektron yoğunluğu (ρe/ρ) Phy-X programı ile de hesaplanmıştır. Lineer azaltma katsayısı (µ), deneysel olarak LINAC'da 6 ve 15 MV foton enerjileri için film dozimetre ile ölçülmüştür. XCOM, XMUDAT ve Phy-X yazılımları ile kütlesel azaltma katsayıları (µm) hesaplanmıştır. BT cihazında HU sayısı belirlenmiştir. Son olarak LINAC'da 6 MV foton enerjisi ile 40 Gy'e kadar ışınlanarak jelin doza verdiği cevap MRG cihazından alınan görüntülerin ImageJ yazılımında işlenmesiyle elde edilmiştir.
Bulgular: Kemik doku eşdeğeri jel dozimetrenin fiziksel yoğunluğu (ρ) 1,19 g/cm3, elektron yoğunluğu (ρe/ρ) 3.28x1023 e.g-1,  Mayneord'un formulü ile hesaplanan etkin atom numarası (Zeff) kemik doku eşdeğeri jel dozimetre ve trabeküler kemik doku için sırasıyla 10.07 ve 9.85 bulunmuş, bu parametrelerin Phy-X yazılımıyla elde edilen enerji  bağımlı değerleri arasındaki farkın %1'den az olduğu görülmüştür. Lineer azaltma katsayısı 6 ve 15 MV enerjili fotonlar için deneysel olarak sırasıyla 0.0297  ve 0.0201 cm-1 elde edilmiş, kütlesel azaltma katsayısı (µm) XCOM, XMUDAT ve Phy-X yazılımları ile hesaplanan değerlerle karşılaştırıldığında fark %2'den az bulunmuştur. HU değeri ortalama 366 bulunmuştur. LINAC'da ışınlandığında doza verdiği cevap lineer bir trend göstermiştir.
Sonuç: Ürettiğimiz kemik doku eşdeğeri jel dozimetrenin incelenen parametrelere göre insan trabeküler kemik doku ile benzer fiziksel ve radyolojik özellikler gösterdiği sonucuna varılmıştır. Jel dozimetrelerin soğurulan dozu direkt okuyabilen 3B farklı doku eşdeğeri fantomlar üretimi için umut verici olduğu görülmüştür.

Abstract:
Aim: In this thesis presentation, hydroxyapatite mineral, the most common inorganic substance in bone tissue, is added to MAGICA polymer gel dosimeter in nano dimensions (MAGICA+nHAP) to obtain a 3D gel dosimeter similar to human trabecular bone tissue according to its dosimetric and physical properties.
Method: The physical and dosimetric properties of the bone tissue equivalent gel dosimeter were characterized as follows: Its physical density (ρ) was determined according to Archimedes' principle. Using the composition ratios of the elements, the weight fraction (wi), electron density (ρe/ρ) and effective atomic number (Zeff) were calculated with Mayneord's formula. Effective atomic number (Zeff) and electron density (ρe/ρ), which are energy-dependent values, were also calculated with the Phy-X program. The linear attenuation coefficient (µ) was measured experimentally with a film dosimeter at LINAC for photon energies of 6 and 15 MV. Mass reduction coefficients (µm) were calculated with XCOM, XMUDAT and Phy-X software. The number of HU was determined on the CT device. Finally, by irradiating up to 40 Gy with 6 MV photon energy in LINAC, the response of the gel to the dose was obtained by processing the images taken from the MRI device in ImageJ software.
Findings: The physical density of the bone tissue equivalent gel dosimeter (ρ) is found to be 1.19 g/cm3, the electron density (ρe/ρ) is 3.28x1023 e.g-1, the effective atomic mass (Zeff) calculated by Mayneord's formula is the bone tissue equivalent gel dosimeter and trabecular bone. 10.07 and 9.85 were found for the tissue, respectively, and the difference between these values obtained with the Phy-X software at different energies was found to be less than 1%. The linear reduction coefficient is experimentally 0.0297 and 0.0201 cm-1 for photons at 6 and 15 MV energy respectively, and the mass reduction coefficient (µm) is less than 2% when compared to the theoretical values obtained with XCOM, XMUDAT and Phy-X software. The average HU value was found to be 366. When irradiated in LINAC, its response to dose showed a linear trend.
Results: It was observed that the bone tissue equivalent gel dosimeter we produced showed similar physical and radiological properties with human trabecular bone tissue according to the examined parameters and it is promising for the production of 3D tissue equivalent phantoms that can directly read the absorbed dose.