Tek ve dual enerjili bilgisayarlı tomografi görüntülerinin tedavi planlarına etkisinin tedavi planlama sistemi ve Monte Carlo Simülasyonu ile değerlendirilmesi /
Yazar: ELİF ÖNAL
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 ; Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
Radyoterapi tedavisi alacak hastada normal doku dışında yüksek yoğunluklu implantların varlığında oluşan artefakt görüntüsünün dual enerjili bilgisayarlı tomografi görüntülerinin kullanılması ile baskılanması ve hastaya ait doku tanımlamaları ile doz hesaplarındaki hataların azaltılması amaçlanır. Bu amaçla Ti6Al4V (grade 23 alaşım) ve CoCr (Kobalt Krom) implant materyalleri kullanılmıştır. Bu iki materyal iki farklı boyutta ürettirilerek (6.4mm ve 28mm iç içe geçecek yapıda) Cheese Fantom içine yerleştirilmiştir. Her implant materyali için sırası ile Tek Enerjili Bilgisayarlı Tomografi (TEBT) ve Dual Enerjili Bilgisayarlı Tomografi Görüntüleri aynı setup koşullarında çekilmiştir. Elde edilen bu görüntüler üzerinde TEBT planı, DEBT planı ve DEBT görüntülerin EGSnrc programı ile simülasyonu yapılarak, sonuçlar artefakt kaynaklı hataların olmadığı referans plan ile karşılaştırılmıştır. Burada referans plan için Cheese fantom tamamen su eşdeğeri yapı ile doldurarak TEBT görüntüsü alınmış ve her implant bu görüntüde sanal olarak oluşturularak yoğunluk bilgileri planlamaya tanımlanmıştır. Burada amaç referans plan ile implant içeren planlar arasındaki farkı ortaya koymaktır. Planlamalar Monaco tedavi planlama sisteminde Monte Carlo tedavi algoritması kullanılarak yapılmıştır.
Elekta Synergy lineer hızlandırıcısı 6 MV foton demet simülasyonu, EGSnrc tabanlı BEAMnrc MC kodu kullanılarak yapılmıştır. MC simülasyonu ile 6,0 MeV başlangıç elektron enerjisi kullanılarak elde edilen %DD eğrileri ile su fantomunda yapılan ölçümlerden elde edilen eğriler %1 aralığında uyumlu bulunmuştur.
Cheese Fantom planlama sonuçlarına göre, implant materyalinin yoğunluğu ve çapına göre doz farkları implant önünde TEBT planları için %3,31; %8,19 arasında değişirken; DEBT planlarında %0,64; %2,87 aralığında; simülasyon sonuçlarındaki fark ise %0,7; %4,67 aralığında değişmektedir. İmplantın arkasındaki doz farkları TEBT planları için %10,95; %17,77 aralığında değişirken; DEBT planlarındaki değişim %0,51; %3,87 aralığında; simülasyon sonuçlarındaki fark ise %0,1; %4,74 aralığında değişmektedir. EGSnrc simülasyon sonuçlarındaki hatanın DEBT planından farklı olmasının nedeni simülasyon için kullanılan voksel boyunun 0.3 x 0.3 x 0.3 cm3 olmasıdır. Bu yüksek voksel boyutu doz değerlerinin aynı hassaslıkta değerlendirilememesine neden olmaktadır.

Abstract:
It is aimed to suppress the artefact image that occurs in the presence of high-density implants other than normal tissue in the patient who will receive radiotherapy treatment by using dual-energy computed tomography images and to reduce the errors in patient tissue definitions and dose calculations. For this purpose, Ti6Al4V (grade 23 alloy) and CoCr (Cobalt Chrome) implant materials were used. These two materials were produced in two different sizes (6,4mm and 28mm nested) and placed in the Cheese Phantom. For each implant material, Single Energy Computed Tomography (SECT) and Dual Energy Computed Tomography (DECT) images were taken under the same setup conditions. The SECT plan, DECT plan as well as DECT images which include the DECT plan, were simulated with the EGSnrc program on respective sets of images and the results were compared with the reference plan without artifact errors. For the reference plan, TEBT image of the Cheese phantom which was completely filled with a water equivalent material was taken and each implant was created virtually in this image and the density information was defined in the planning. The aim here is to reveal the difference between the reference plan and the plans containing implants. The planning was performed on the Monaco treatment planning system using the Monte Carlo treatment algorithm.
Elekta Synergy linear accelerator 6 MV photon beam simulation was performed using BEAMnrc MC code based on EGSnrc. The %DD curves obtained by MC simulation using an initial electron energy of 6,0 MeV and the curves obtained from measurements in the water phantom were found to agree within 1%.
Based on the Cheese Phantom planning results, the dose differences according to the density and diameter of the implant material varied between 3,31% and 8,19% for SECT plans in front of the implant, between 0,64% and 2,87% for DECT plans and between 0,7% and 4,67% for simulation results. Dose differences behind the implant ranged from 10,95% to 17,77% for SECT plans, from 0,51% to 3,87% for DECT plans and from 0,1% to 4,74% for simulation results. The reason why the error in the EGSnrc simulation results is different from the DECT plan, is that the voxel size used for the simulation is 0,3 x 0,3 x 0,3 cm3. This high voxel size causes the dose values not to be evaluated with the same precision.