Karaciğer tümörlerinde Monte Carlo yöntemi ile radyonüklid dozimetri
Radionuclide dosimetry with Monte Carlo method in liver tumors
Yazar: HANDAN TANYILDIZI KÖKKÜLÜNK
Danışman: PROF. DR. BAKİ AKKUŞ ; PROF. DR. MUSTAFA DEMİR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Nükleer Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
Peptit Reseptör Radyonüklid Tedavi (PRRT) temelde, radyofarmasötiğin damar içinden veya oral yolla vücut içerisine verilerek hastalıkların tedavisinde kullanılması işlemidir. PRRT uygulamalarında radyasyon güvenliğinin sağlanabilmesi için hastaya spesifik dozimetri yapılması büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, geometri ve doku benzerliği gibi özellikler açısından bire bir insan karaciğerine benzeyen, içinde farklı çaplarda çoklu karaciğer tümör taklidi bulunduran model fantomun oluşturulması, fantomda belirlenen noktalarda absorbe edilmiş dozların Tomografik Emisyon için GEANT4 Uygulaması (GATE) programında Monte Carlo yöntemi ile hesaplanarak programının test edilmesi, akabinde birim Yttrium 90 (Y90) aktivite miktarı ile GATE simülasyonu çalıştırılarak dozimetri yapılması amaçlanmıştır. 
Çalışmanın ilk basamağı olan karaciğer fantomunu oluşturmak için öncelikli olarak pleksiglas (yoğunluk: 1.18 gr/cm3) malzemeden 22 x 14 x 1 cm3 (boy, en, derinlik) boyutlarında üst kapak ve 22 x 14 x 7 cm3 boyutlarında alt parça yapıldı, fantom içerisine dış çapı 30 mm (L1) ve 16 mm (L2) olan 2 adet silindir şekilli tümör taklitleri yerleştirildi. Fantomun tümör taklitleri dışındaki iç hacmi boş bırakılarak, karaciğer yumuşak doku yoğunluğunu elde etmek amaçlı su doldurulabilir özellikte yapıldı. L1 ve L2 tümör taklitlerinin içerisine sırasıyla 1700 µCi (62.9 MBq) ve 190 µCi (7 MBq) Tc99m aktiviteleri konuldu. Fantom içinde önceden belirlenmiş 10 farklı konuma, her konumda 3 adet olacak şekilde toplamda 30 adet TLD-100 dozimetre yerleştirilerek toplam doz değerleri bulundu. Aynı deney koşulları GATE programında simüle edildi ve DoseActor komutu ile 10 farklı konumda oluşan doz değerleri belirlendi. TLD ile reel deneyde ölçülen doz değerleri ve DoseActor ile GATE simülasyonuyla elde edilen doz değerleri doğruluk araştırması için karşılaştırıldı. GATE simülasyon doğruluğunun tespitinden sonra,  toplamda 1.1 mCi (40.7 MBq) birim Y90 aktivitesi için karaciğer fantomu içindeki 40 farklı noktadan doz değerleri hesaplandı. 1.1 mCi Y90 için hesaplanan bu doz dağılımı referans alınarak, ortalama terapötik aktivite miktarı için karaciğer fantomunda oluşacak doz değerleri tahmin edildi.
Reel deney ile fantom içinde hesaplanan anlık ortalama doz değerleri maksimum 2.99E-07±3.23E-08 Gy ve minimum 5.97E-09±8.58E-10 Gy arasında, simülasyon ile fantom içinde hesaplanan anlık doz değerleri maksimum 3.30E-07±4.42E-09 Gy ve minimum 5.28E-09±4.65E-10 Gy arasında bulundu. Reel deney ve simülasyon ile elde edilen ölçüm sonuçları karşılaştırıldığında oluşan ortalama hata değeri %10 bulundu. Deney ve simülasyon doz değerleri arasındaki regresyon kat sayısı (R2) 0.9966 olarak hesaplandı. 1.1 mCi Y90 aktivitesinin karaciğer fantomundaki L1 ve L2 tümör taklitlerinde oluşturduğu ortalama doz sırasıyla 3.71E+01±2.12E-01 Gy ve 1.24E+01±1.22E-01 Gy bulundu. Karaciğer fantomunda normal parankim dokuyu temsil eden hacim içinde oluşan maksimum, minimum ve ortalama doz değeri sırasıyla 8.36E-01±3.29E-02 Gy, 1.78E-05±1.78E-05 Gy ve 1.09E-01±6.62E-03 Gy bulundu. Ortalama 30 mCi (1110 MBq) terapötik Y90 aktivitesinin karaciğer fantomunda oluşturduğu dozlar; L1 için 1.01E+03±5.78E+00 Gy, L2 için 3.37E+02±3.33E+00 Gy, karaciğer parankim dokusu için sırasıyla maksimum, minimum ve ortalama olarak 2.28E+01±8.97E-01 Gy, 4.84E-04±4.84E-04 Gy ve 2.98E+00±1.81E-01 Gy bulundu. 
GATE simülasyonu ile yapılan dozimetri hesaplamaları yüksek doğrulukta sonuçlar verdiğinden nükleer tıp kliniklerinde uygulanan peptit reseptör radyonüklid tedavisi dozimetrileri için faydalı ve pratik bir metot olabileceği belirlenmiştir.

Abstract:
Peptide Receptor Radionuclide Therapy (PRRT) is basically the process of using radiopharmaceutical to be administered intravenously or orally into the body to treat diseases. In order to ensure radiation safety in PRRT applications, patient-specific dosimetry is very important. In this thesis, it is aimed to create a model phantom with multiple liver tumor mimics in different diameters similar to human liver in terms of characteristics such as geometry and tissue similarity, to test the program by calculating the absorbed doses in the phantom by using Monte Carlo method and to perform dosimetry by running GEANT4 Application for Tomographic Emission (GATE) simulation with unit activity amount of Yttrium 90 (Y90). 
In order to create the liver phantom, which is the first step of the study, the upper lid and the lower part in the dimensions of 22 x 14x 1 cm3 (length, width, depth) and 22 x 14 x 7 cm3 were made primarily of plexiglass (density: 1.18 g/cm3) and 2 cylindrical tumor mimics with an outer diameter of 30 mm (L1) and 16 mm (L2) were placed into the phantom. The inner volume of the phantom, except for tumor mimics, was left empty to be filled with water because of obtaining the soft tissue density of the liver. In L1 and L2 tumor mimics, 1700 µCi (62.9 MBq) and 190 µCi (7 MBq) Tc99m activities were placed respectively. A total of 30 TLD-100 dosimeter was placed at 10 predetermined positions in the phantom, 3 at each location, and total dose values were found. The same experimental conditions were simulated in the GATE program and the dose values in 10 different positions were determined with the DoseActor command. The dose values measured by TLD in the real experiment and the dose values obtained by GATE simulation with DoseActor were compared for accuracy research. After determination of GATE simulation accuracy, dose values from 40 different points in the liver phantom were calculated for 1.1 mCi unit activity of Y90. Based on this dose distribution calculated for 1.1 mCi (40.7 MBq) Y90, the dose values that would occur in the liver phantom were estimated for the average amount of therapeutic activity. 
The actual mean dose values calculated in phantom by real experiment between the maximum 2.99E-07±3.23E-08 Gy and minimum 5.97E-09±8.58E-10 Gy, they were found between the maximum 3.30E-07±4.42E-09 Gy and minimum 5.28E-09±4.65E-10 Gy for simulation. When the measurement results obtained by real experiment and simulation were compared, the mean error value was found 10%. The regression (R2) between the real experimental and simulation dose values was calculated as 0.9966. The mean dose of 1.1 mCi Y90 activity at L1 and L2 tumor mimics in liver phantom was 3.71E+0±2.12E-01 Gy and 1.24E+01±1.22E-01 Gy, respectively. The maximum, minimum and mean dose values in the volume representing the normal parenchymal tissue in liver phantom were found 8.36E-01±3.29E-02 Gy, 1.78E-05±1.78E-05 Gy and 1.09E-0±6.62E-03 Gy. The mean doses of 30 mCi (1110 MBq) therapeutic Y90 activity in liver phantom were found 1.01E+03±5.78E+00 Gy for L1 and 3.37E+02±3.33E+00 Gy for L2. The doses formed in liver parenchymal tissue were found 2.28E+01±8.97E-01 Gy for maximum, 4.84E-04±4.84E-04 Gy for minimum and  2.98E+00±1.81E-01Gy for mean, respectively. 
Since the dosimetry calculations with GATE simulation give high accuracy results, it is determined as an useful and practical method for dosimetry of peptide receptor radionuclide treatments applied in nuclear medicine clinics.