Radyonüklid tedavi lezyon dozimetresinde hacim belirleme parametrelerinin optimizasyonu
Optimization of volume determination parameters in radionuclide therapy lesion dosimetry
Yazar: EDA MUTLU
Danışman: PROF. DR. BAYRAM DEMİR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLAL KOVAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Nükleer Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
Nükleer Tıp Biliminin gün geçtikçe artarak devam eden gelişimi, uygulanan radyonüklid tedavi etkinliğini de geliştirmektedir. Radyonüklid tedavilerde amaç; hedefe yönelik uygun radyofarmasötiklerin kullanımıyla hastalıkların tedavisinin yapılmasıdır. Bu tedavi, hasta vücuduna verilen radyofarmasötiğin, hedefe ulaşarak, o bölgenin işlevini sonlandırdığı sistemik bir tedavi yöntemidir. Radyofarmasötik, hedef dokuların dışındaki organlarda da tutulum göstermektedir. Tedavinin etkinliği için, internal radyasyon dozunun doğru olarak belirlenmesi çok önemlidir. Bu amaçla geliştirilen dozimetrik yaklaşımlarda, vücut içinde ışıma yapan iyonize radyasyonun oluşturduğu soğurulan dozlar hesaplanır. Medikal İnternal Radyasyon Dozimetri (MIRD) metodu, hesaplama için sıklıkla kullanılan bir yöntemdir. Lezyonların küre şeklinde kabul edilip, kendi içerisindeki aktivitenin aktardığı enerjinin hesaplandığı bu yöntemde, dozimetrenin doğruluğu için hacmin doğru ölçülmesi çok önemlidir. Bilgisayarlı tomografi ile tespit edilemeyen lezyon hacimleri için, Tek Foton Emisyonlu Bilgisayarlı Tomografi (Single Photon Emission Computerized Tomography, SPECT) görüntülerinden yararlanılır. Aktivite tutulumu olan bölgenin sınırlarının belirlenmesinde %40 eşik (threshold) değeri yaygın kullanılmaktadır. Fakat doğru lezyon hacim tanımlamasını sağlayan tek bir eşik değeri yoktur.
Bu tez çalışmasında; dozimetrik hesaplamalarda kullanılmak üzere, SPECT görüntülerinden hacim boyutlarını hesaplayabilmek için klinikte kullanılabilecek çeşitli çekim şartları değerlendirilmiştir. Lezyon hacimlerini bildiğimiz fantom yardımıyla, lezyon boyutu ile eşik değerleri arasındaki bağlantıyı incelemek, doğru hacimleri verecek eşik değerlerini belirlemek ve hacimden bağımsız parametreler bulabilmek amaçlanmıştır. Bu amaçla, görüntüleme yapmak için altı farklı hacimde doldurulabilir küreye sahip fantom kullanıldı. Küreler 177Lu aktivitesi ile oluşturulan homojen karışımla dolduruldu. Hazırlanan fantomun farklı frame sayısı ve sürelerde SPECT/CT görüntülemesi yapıldı. Farklı iterasyon, subset ve power değerleri ile görüntü rekontrüksiyon işlemleri yapılarak, toplam 180 farklı görüntü elde edildi. Elde edilen görüntülerde her lezyon için eşik özelliği kullanılarak ilgi alanları (region of interest, ROI) çizildi. %40 eşik değerine karşılık gelen hacim ve sayım değerleri, gerçek hacmi veren eşik ve sayım değerleri ölçüldü. Elde edilen veriler doğrultusunda en uygun veri seti değerleri, eşik değerleri ve doz değeri ile ilişkili olan sayım/hacim oranları saptandı.
Elde edilen sonuçlar analiz edildiğinde; dozimetrik hesaplamalarda kullanılan %40 eşik değerine göre, lezyonların hacim değerleri incelendiğinde gerçek boyutlarından sapmalar gözlenmiştir. Hacim belirleme parametrelerinin tüm kombinasyonlarında, lezyon hacmi küçüldükçe, doğru hacmi veren eşik değeri artmaktadır. Sayım/hacim oranları değerlendirildiğinde, en küçük lezyonda %28 en büyük lezyonda ise %5 dolayında bir hata oluşmaktadır. Sonuç olarak; literatürde genel bir değer olan %40 eşik değerini her lezyon için kullanmak, lezyon hacmini yanlış hesaplamamıza ve dozimetrik hesaplamalarda hataya neden olacaktır. 90 Frame-20 Saniye değerlerinin en güvenilir data toplama şartları olduğu ve ayrıca tüm lezyonlar göz önüne alındığında 4 İterasyon-30 Subset-20 Power seti verilerinin dozimetrik hesaplamalar için en doğru sonuçları verdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
The increasing development of Nuclear Medicine Science also improves the effectiveness of applied radionuclide treatments. The aim of radionuclide treatments is to treat diseases by using appropriate targeted radiopharmaceuticals. This treatment is a systemic treatment method in which the radiopharmaceutical administered into the patient's body reaches the target and terminates the function of that area. Radiopharmaceuticals are also uptake in organs other than target tissues. Accurate determination of internal radiation dose is essential for the effectiveness of the treatment. In the dosimetric approaches developed for this purpose, absorbed doses created by ionizing radiation radiating inside the body are calculated. The Medical Internal Radiation Dosimetry (MIRD) method is a frequently used method for calculation. In this method, where lesions are assumed to be spherical and the energy transferred by the activity within them is calculated, it is very important to measure the volume correctly for the accuracy of the dosimeter. SPECT images are used for lesion volumes that cannot be detected by computerized tomography. A threshold value of 40% is widely used to determine the boundaries of the area with activity uptake. However, there is no single threshold value that provides accurate lesion volume definition. 
In this thesis study, various imaging conditions that can be used in the clinic to calculate volume dimensions from SPECT images for use in dosimetric calculations were evaluated. With the help of a phantom whose lesion volumes we know, it is aimed to examine the relationship between the lesion size and threshold values, to determine the threshold values that will give the correct volumes and to find parameters independent of the volume. For this purpose, a phantom with fillable spheres of six different volumes was used for imaging. The spheres were filled with a homogeneous mixture created with 177Lu activity. SPECT/CT imaging of the prepared phantom was performed at different frame numbers and times. A total of 180 different images were obtained by performing image reconstruction operations with different iterations, subsets and power values. Regions of Interest (ROI) were drawn for each lesion in the obtained images using the threshold feature. The volume and count values corresponding to the 40% threshold value, the threshold and count values giving the real volume were measured. In line with the obtained data, the most appropriate data set values, threshold values and count/volume ratios associated with the dose value were determined.
When the obtained results were analyzed; according to the 40% threshold value used in dosimetric calculations, deviations from the actual dimensions were observed when the volume values of the lesions were examined. In all combinations of volume determination parameters, as the lesion volume decreases, the threshold value that gives the correct volume increases. When the count/volume ratios are evaluated, an error of 28% occurs in the smallest lesion and 5% in the largest lesion. As a result; using the 40% threshold value, which is a general value in the literature, for each lesion will cause incorrect calculation of the lesion volume and errors in dosimetric calculations. It has been determined that 90 Frame-20 Second values are the most reliable data collection conditions and also, when all lesions are considered, 4 Iteration-30 Subset-20 Power set data gives the most accurate results for dosimetric calculations.