Lineer hızlandırıcı tabanlı stereotaktik radyocerrahi ve radyoterapi planlarının bağımsız Monte Carlo doz hesaplama yazılımı ile değerlendirilmesi
Evaluation of linear accelerator based stereotactic radiosurgery and radiotherapy plans with independent Monte Carlo dose calculation software
Yazar: ESRA KÜÇÜKMORKOÇ
Danışman: DOÇ. DR. SİBEL TOKDEMİR ÖZTÜRK
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Radyasyon Onkolojisi = Radiation Oncology

Özet:
Amerikan Tıp Fizikçileri Derneği Görev Grubu 219'un önerdiği ikincil doz kontrolü (İDK) ile tedavi planlama sisteminde (TPS) hesaplanan hedef ve kritik organ dozlarının hastaya uygulanmadan önce doğrulanması yapılabilmektedir. Radyoterapide altın standart olarak kabul edilen Monte Carlo (MC) tekniğinin İDK'de kullanılması, TPS'deki doz hesaplama algoritmalarının doğrulanması için bir olanak sağlamaktadır. SciMoCa, ikincil doz kontrolü için MC tekniği kullanan bir yazılımdır. Bu tez çalışmasının amacı, Analitik Anizotropik Algoritma (AAA) ve Acuros XB (AXB) ile hesaplanan stereotaktik radyoterapi (SRT) ve stereotaktik beden radyoterapi (SBRT) planlarının MC ile karşılaştırılması ve gamma indeks analizindeki (GIA) değişkenlerin (normalizasyon yöntemleri ve doz eşik değeri) gama geçiş oranlarına (GPR) olan etkilerinin araştırılmasıdır. 15 beyin SRT ve 15 akciğer SBRT planı TPS'de AAA ve AXB ile hesaplatılıp SciMoCa yazılımına aktarılmıştır. Bu planlar SciMoCa'da MC tekniği ile yeniden hesaplatılmış ve AAA ve AXB ile belirlenen doz hacim histogram parametreleri ve GIA aracılığıyla karşılaştırmalar yapılmıştır. GIA'da, planların GPR'leri (GPRPlan) üzerindeki etkilerini analiz etmek için global ve yerel normalleştirme yöntemleri ile farklı DTH'ler (% 5, % 10, % 20, % 30 ve % 50) kullanılmıştır. AAA ve AXB'nin SciMoCa MC ile yapılan karşılaştırmalarında beyin SRT hastalarında uyumlu sonuçlar, akciğer SBRT hastalarında AAA ile özellikle hedef doz kapsamında uyumsuz sonuçlar elde edilmiştir. AXB'nin ise akciğer SBRT hastalarında MC ile benzer doz dağılımları hesapladığı gösterilmiştir. GIA'da DTH % 50'den % 5'e düşürüldüğünde, GPRPlan sonuçları global normalizasyon ile artarken, lokal normalizasyon ile azalmaktadır. %50 doz DTH ile iki normalizasyon yöntemi arasında fark bulunmazken, % 10 DTH ile normalizasyon yöntemleri arasında istatistiksel olarak anlamlı farklar saptanmıştır. GIA'nın her zaman doz hacim histogram parametreleri ile uyumlu olmayabileceği saptanmıştır. Bu hasta grubu için % 5-10 gibi düşük DTH'ların kullanımının yüksek doz bölgelerinde, global normalizasyonda hataların belirlenmesini engelleyebileceği ve lokal normalizasyonda iyi bir eşleşmenin fark edilmemesine sebep olabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
The secondary dose check (SDC) recommended by Task Group 219 of the American Association of Physicists in Medicine (AAPM) allows for the verification of target and critical organ doses calculated in the treatment planning system (TPS) before delivering to the patient. The use of the Monte Carlo (MC) technique, which is considered the gold standard in radiation therapy, in SDC provides an opportunity to validate the dose calculation algorithms in the TPS. SciMoCa is a software that utilizes the MC technique for SDC. This thesis study aims to compare the plans of stereotactic radiation therapy (SRT) and stereotactic body radiation therapy (SBRT) calculated with the Analytical Anisotropic Algorithm (AAA) and Acuros XB (AXB) in the TPS with MC, and to investigate the effects of variables (normalization methods and dose threshold (DTHs)) in gamma index analysis (GIA) on gamma passing rates (GPRs). 15 brain SRT and 15 lung SBRT plans were calculated in the TPS using AAA and AXB, and then transferred to the SciMoCa software. These plans were recalculated with MC technique in SciMoCa and compared with AAA and AXB utilizing the defined dose volume histogram parameters and GIA. In GIA, different DTHs (5 %, 10 %, 20 %, 30 % and 50 %) and normalization methods (global and local) were employed to analyze their effects on the gamma passing rates of the plans (GPRsPlan). Consistent results were obtained in the comparison of AAA and AXB with MC for brain SRT plans, while for lung SBRT patients, AAA showed inconsistent results, in terms of target dose coverage. AXB, on the other hand, demonstrated similar dose distributions to MC for lung SBRT patients. In GIA, when DTH was decreased from 50 to 5 %, the GPRsPlan increased with global normalization and decreased with local normalization. There wasn't difference between the two normalization methods at a DTH of 50 %, while statistically significant difference was observed between the normalization methods at a DTH of 10 %. GIA may not always be consistent with dose-volume histogram parameters. The use of low DTHs, such as 5-10 %, in this patient group may prevent the detection of errors in high-dose regions with global normalization and may result in the failure to recognize a good match with local normalization.