Spinal implantlı hastaların konvansiyonel ve stereotaktik radyoterapi tedavilerinde implantın doz dağılımına etkisinin polimer jel tabanlı 3 boyutlu dozimetre ile incelenmesi
Investigation of the effect of spinal implant on dose distribution using polimer gel based 3 dimensional dosimeter in conventional and stereotactic radioterapy
Yazar: OKAN ŞAR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA CENGİZ ; PROF. DR. HALUK YÜCEL
Ankara Üniversitesi / Nükleer Bilimler Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Onkoloji = Oncology ; Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
Vücut içi implantlar, radyoterapi tedavi planlama sistemlerinden elde edilen doz dağılımlarında metal artefakt yaratması ve yanlış Hounsfield Unit (HU) numarası atama gibi problemler nedeniyle, belirsizliklere neden olmaktadır.
Bu çalışmada, üç boyutlu polimer jel dozimetre kullanılarak spinal implantlı hastalarda implant çevresindeki 3 boyutlu doz haritalarındaki hesaplama hataları ve belirsizlikler incelendi. Bu amaçla, titanyum spinal implant modelleri H.Ü. Ortopedi Anabilim Dalı işbirliğinde sawbone omurga modelleri üzerine monte edildi. Bu modeller MAGIC jel hazırlama prosedürüne göre H.Ü. Radyasyon Onkolojisi Anabilim Dalımızda üretilen Polimer jel içerisine yerleştirilerek konvansiyonel linac ve Cyberknife cihazları ile hedefe 800 cGy tedavi dozu verecek şekilde ışınlandı. Işınlanan jel içerisindeki modelin ve kalibrasyon kaplarının MR görüntülemesi H.Ü. Radyoloji Anabilim Dalında TR: 4040 ms, TE: 50, 100, 150, 200, 250, 300 ms ve kesit kalınlığı: 1.5 mm parametreleri kullanılarak yapıldı. Alınan MR görüntülerinden gerekli kalibrasyonlar yapıldıktan sonra, özel bir program (polyGeVero) yardımı ile üç boyutlu doz haritaları elde edildi. Bu haritalar Tedavi planlama sistemi (TPS) ' de hesaplanan doz haritaları ile noktasal, kesitsel ve hacimsel olarak gama analizi ile karşılaştırıldı. Bu işlemler, hem stereotaktik hem de konvansiyonel tedavi cihazları için tekrarlandı.
Sonuçlar PolygeVero yazılımı kullanılarak analiz edildi. Yazılım klavuzuna göre seçilen ROI'lerden elde edilen ortalama gama index değeri ≤ 1 ise sonuçlar başarılı, > 1 ise başarısız olarak değerlendirilmektedir. Gama analizi sonuçlarına göre implantın yani kafesin çevresinden seçilen farklı ROI'lerden alınan gama index değerleri 1' den büyük kafesten uzakta seçilen tüm ROI'ler için alınan sonuçlar 1' den küçük çıkmıştır. Bu bulgulara göre, implantın doz dağılımını olumsuz etkilediği sonucuna varılmaktadır. İmplanttan uzak bölgelerde elde edilen sonuçlar TPS doz dağılımları ile uyumludur. Dozdaki bu farklı ölçümlerin TPS hatasından mı yoksa Jelden mi kaynaklandığını söyleyebilmek ve optimal doz haritası elde edebilmek için üçüncü bir referans kullanılmalıdır. Implantların yerleşim yeri farklılıkları yani PIAC ya da AIAC olması ve radyoterapi tekniğinin değişmesi yani stereotaktik veya konformal olması gama index değerlerinde belirgin bir farklılık yaratmamıştır. Jel dozimetre doku eşdeğeri olması, üç boyutlu doz dağılımı verebilmesi, yöne bağımlılığı olmaması TPS validasyonunda kullanılırken avantaj sağlamaktadır. Ancak karışım hazırlama prosedürünün hassasiyeti, MR görüntüleme , ışınlama ve üretim esnasında sıcaklık ve zamanlama parametrelerinin önemli olması sonuçları etkileyebileceğinden bütün bu işlemlerin yüksek dikkatle yapılması önerilmektedir.

Abstract:
Internal implants cause uncertainties in dose calculation of radiotherapy treatment planning systems because of metal artefacts and under / over estimated Hounsfield Unit HU numbers. In this study, it is aimed to determine this uncertainty for spinal implant near by to critical structures by gel dosimetry.
In this study, computational errors and uncertainties in 3-D dose maps around the implant were investigated using a 3D polymer gel dosimeter in patients with spinal implant. For this purpose, titanium spinal implant models were assembled on sawbone spine models in collaboration with department of orthopedics. These models are placed in the polymer gel that produced according to the magic gel preparation procedure in Hacettepe Uni. Oncology Department. They were irradiated with prescribed dose of 800 cGy by the conventional Linac and Cyberknife units. The MR images of the models and calibration vessels were taken using the imaging parameters TR: 4040 ms, TE: 50, 100, 150, 200, 250, 300 ms and slice thickness of 1.5 mm. 3D dose maps were obtained from the MR images by means of the computational program of PolyGeVero. These dose maps were compared with TPS dose calculations by point, planer and volumetric gamma analysis. These procedures were repeated for both stereotactic and conventional therapy devices.
The analysis results would be accepted as successful if the gamma index value were less than 1. The results showed that the gamma index values were higher than 1 for ROI' s around the cage while the values for the ROI' s distal to the cage were smaller than 1. According to these results, measurements are incompatible with TPS calculations at the regions proximal to implant. Implant location (PIAC or AIAC) and radiotherapy technique (stereotactic or conformal) did not significantly change the gamma index values. Gel dosimetry is tissue equivalent, gives a three-dimensional dose distribution and does not have directional dependency, but the gel preparation procedure requires precision, moreover the temperature and timing parameters during MR imaging, irradiation and production are critical. It is recommended that these procedures be performed with high caution as this may affect the results.