Hegzagonal bor nitrürün (H-BN) implant malzemesi olarak kullanıldığında radyoterapide doz dağılımına etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of hexagonal boron nitride (H-BN)as an implant material on dose distribution in radiotherapy
Yazar: ASLI BOZKURT
Danışman: DOÇ. DR. GAYE ÖZGÜR ÇAKAL ; PROF. DR. AYŞE KAŞKAŞ ÖZTEPE
Ankara Üniversitesi / Nükleer Bilimler Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Radyasyon Onkolojisi = Radiation Oncology

Özet:
Radyoterapi uygulamalarında metal malzemelerden yapılmış implantlar tedavi alanı içinde kaldığında planlamaların doğruluğunu etkilemektedir. Tedavinin planlanması aşamasında meydana gelen artefaktlar tümör hacminin ve çevresindeki sağlıklı dokuların doğru olarak konturlanmasını, tümör hacmine doğru ve homojen doz verilmesini engelemektedir. Bu sorunun önüne geçilebilmesi için son yıllarda düşük atom numaralı implant malzemelerin kullanımı konusunda araştırmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada, karbon ile benzer bir yapı gösteren, eşit sayıda bor ve azot atomlarından oluşan, etkin atom numarası dokuya yakın olan hegzagonal bor nitrürün (h-BN) malzeme karakterizasyonu yapılmış, radyoterapide kullanımının doz dağılımına etkisi dozimetrik yöntemlerle incelenmiş ve sonuçlar ortopedik uygulamalarda implant malzemesi olarak sıklıkla kullanılan paslanmaz çelik ve titanyum alaşım ile karşılaştırılmıştır. Bu süreçte yüksek enerjilerde lineer doz-cevap özelliği gösterdiği belirlenen Li2B4O7:Cu,In ve Li2B4O7:Mn dozimetreleri kullanılmıştır. Hastanın bacağında yerleştirilen implantın bir modelini oluşturacak şekilde, eş merkezli, içerisine su doldurulabilen iç içe geçmiş iki silindirden oluşan Polimetil metakrilattan (PMMA) malzemeden üretilen bir alt ekstremite fantomu (Lower Extremity Phantom-LEP) tasarlanmıştır. Fantomda ticari olarak elde edilen hayvan kemiği kullanılmış, sadece implantların ve kemiğin varlığında, kemik ile implantın birlikte kullanıldığı durumlarda Dr. Abdurrahman Yurtaslan Ankara Onkoloji Eğitim ve Araştırma Hastanesi Radyasyon Onkolojisi Kliniğinde bulunan Varian Trilogy lineer hızlandırıcı cihazında (LINAC) 6 ve 18 MV foton enerjilerinde farklı alan boyutlarında belirlenen uygun noktalara dozimetreler yerleştirilerek ölçümler alınmıştır. Ayrıca olası tüm durumlar için fantomun bilgisayarlı tomografi görüntüleri alınmış, tedavi planlama sisteminden elde edilen doz değerleri elde edilmiştir. Sonuçlar EGSnrc/DOSXYZnrc simülasyonu programı ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar biyouyumlu bir malzeme olan h-BN malzemenin radyoterapi uygulamalarında homojen doz dağılımı verdiği, bilgisayarlı tomografi görüntülerinde artefaktlara sebep olmadığı ve klinik uygulamalarda ortopedik malzeme olarak kullanılabilecek alternatif bir malzeme olarak önerilebileceği öngörülmektedir.

Abstract:
In radiotherapy, implants made of metal effect the accuracy of planning when they remain within the treatment area. Artifacts that occur during the treatment planning not only prevent correct contouring of the tumor volume and surrounding healthy tissues, but also prevent appropriate and homogeneous dose delivery to the tumor volume. In recent years, studies on use of the low atomic number implant materials have been carried out in order to overcome this problem. In this study, the material characterization of hexagonal boron nitride (h-BN), having a similar structure to carbon, consisting of equal numbers of boron and nitrogen atoms, and having an effective atomic number close to the tissue, was performed, the effect of its use on the dose distribution in radiotherapy was examined by dosimetric methods, and the results were compared with the stainless steel and titanium alloy implant materials frequently used in orthopedic applications. In this respect, Li2B4O7:Cu,In and Li2B4O7:Mn dosimeters, which were determined to show linear dose-response property at high energies, were used. A lower extremity phantom (LEP) made of polymethyl methacrylate (PMMA), consisting of two concentric, water-filled, nested cylinders, was designed to simulate an implant placed within the patient's leg. Measurements were performed at 6 and 18 MV photon energies and different field sizes using Varian Trilogy Linear Accelerator (LINAC) in the Radiation Oncology Clinic of Abdurrahman Yurtaslan Ankara Oncology Training and Research Hospital. During the measurements, implants, commercially supplied bone or bone and implants together were centered and the dosimeters were placed at the appropriate positions in the LEP. In addition, computed tomography images of the phantom were acquired for all possible situations, and the dose values were obtained from the treatment planning system. The results were compared with the EGSnrc/DOSXYZnrc simulation program. The results suggest that h-BN, which is a biocompatible material, gives homogeneous dose distribution in radiotherapy applications, does not cause artifacts in computed tomography images, and can be recommended as an alternative material that can be used as an orthopedic material in clinical applications.