İntraoperatif gama prob için benzetim tabanlı kavramsal tasarım geliştirme ve optimizasyon
Simulation based conceptual design development and optimization for intraoperative gamma probe
Yazar: ÖMER FARUK DEMİRTAŞ
Danışman: PROF. DR. TUNCAY BAYRAM
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Sağlık Fiziği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
Gama radyasyonunu tespit edebilen problar, cerrahi sırasında hasta üzerinden
radyoaktivite sayımı yaparak fazla radyoaktivite tutulumu gösteren dokuların yerini
belirleme amacıyla nükleer tıpta kullanılan taşınabilir radyasyon detektörleridir. Literatürde
gama probların performans parametreleriyle ilgili birçok çalışma bulunmakta olup bu
dedeksiyon sistemleri üzerine çalışmalar güncelliğini korumaktadır. Gama prob kullanımı
durumunda hastaya verilen ve ilgili doku/organa tutunan radyoizotoplarda yayılan gama
ışınları sayılmakta olup farklı radyoizotopların yayınlandığı gama enerjilerde farklılık
göstermektedir. Bu probların farklı enerjiler için performans parametreleri değişmekle
birlikte belirli enerji aralığına göre optimize edilmiş gama problarda sayım etkinliği
açısından avantaj sağlamaktadır. Farklı sistem bileşenleri ve maliyetleri nedeni ile gerek
ticari ve gerekse araştırma amaçlı çalışmalarda kavramsal tasarım ve optimizasyonlar için
benzetim yöntemleri kullanılmaktadır. 
Bu tez çalışmasında, Monte Carlo tabanlı OpenGATE benzetimi yapılarak cerrahide
kullanılan gama prob için farklı gama enerjilerine yönelik optimize edilmiş kavramsal
tasarımlar yapıldı. Bunun için ilk olarak sintilasyon kristali içeren standart bir gama probu
(KTÜ Farabi Hastanesi Nükleer Tıp Anabilim Dalında kullanılmış HiSens gama probu)
örnek alındı. Kristal boyutlarına göre 140 keV (99mTc için) ve 511 keV (18F için) enerjilerde
hassasiyet, açısal hassasiyet, enerji çözünürlüğü ve uzamsal çözünürlük parametreleri
benzetilerek örnek prob katalog verileri ile karşılaştırılması yapılarak gerçekleştirilen
benzetimlerin tutarlılığı doğrulandı. Bu doğrulama sonrası yüksek gama (511 keV)
nerjisinde farklı kristal derinlikleri için prob teknik parametreleri açısından optimize
kavramsal tasarımı ortaya çıkarıldı. Ayrıca yüksek enerji için tasarlanan bu gama prob
tasarımının düşük gama enerji bölgesinde etkinliği de araştırıldı. Sonuç olarak, ülkemizde
üretimi olmayan ancak cerrahi alanda önemli bir role sahip olan gama probun kristal
derinliği cihaz performans parametreleri açısından değerlendirilerek farklı radyonüklid
kullanım durumuna göre en etkili gama prob kristal derinlikleri belirlendi.

Abstract:
Gamma radiation-detecting probes are portable radiation detectors used in nuclear
medicine to perform radioactivity counts over the patient during surgery, aiming to locate
tissues showing excessive radioactivity uptake. There are many studies in the literature about
the performance parameters of gamma probes, and studies on these detection systems remain
up-to-date. In cases of gamma probe usage, gamma rays emitted by the respective
radioisotopes that attach to the relevant tissue/organ are counted, and different radioisotopes
emit gamma rays at different energy levels. Although the performance parameters of these
probes vary for different energies, gamma probes optimized for a certain energy range
provide advantages in terms of counting efficiency. Due to different system components and
costs, simulation methods are used for conceptual design and optimizations in both
commercial and research studies.  
In this thesis study, optimized conceptual designs for different gamma energies were
made for the gamma probe used in surgery by using Monte Carlo-based OpenGATE
simulation. For this, first a standard gamma probe containing a scintillation crystal (HiSens
gamma probe used at KTU Farabi hospital) was sampled. The consistency of the simulations
was verified by comparing the sensitivity, angular sensitivity, lateral deviation sensitivity,
energy resolution and spatial resolution parameters at 140 keV (for 99mTc) and 511 keV (for 18F) energies according to crystal sizes and comparing them with sample probe catalog data.
After this verification, the optimized conceptual design in terms of probe technical
parameters for different crystal depths at high gamma (511 keV) energy was revealed.
Additionally, the effectiveness of this gamma probe design, designed for high energy, in the
low gamma energy region was also investigated. As a result, the crystal depth of the gamma
probe, which is not produced in our country but has an important role in the surgical field,
was evaluated in terms of device performance parameters and the most effective gamma
probe crystal depths were determined according to different radionuclide usage conditions.