Yeni bir polimer jel dozimetrinin geliştirilmesi
Development of a new polymer gel dosimetry
Yazar: TÜRKAN ALKAN
Danışman: DOÇ. DR. AYŞEGÜL YURT
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı / Medikal Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Radyasyon Onkolojisi = Radiation Oncology ; Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
Polimer jel dozimetrisi, üç boyutlu (3D) doz ölçümleri yapabilme kabiliyeti nedeniyle radyasyon tedavisinde önemli bir araç olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışma, 2-hidroksietil metakrilat (HEMA) monomeri, 1-Vinil-2-Pirolidinon (VP) ve Di(etilen glikol) dimetakrilat (DEGDMA) çapraz bağlayıcıları ve Tetrakis (Hidroksimetil) fosfonyum klorür (THPC) antioksidanı kullanarak daha güvenli ve daha hassas bir normoksik polimer jel dozimetresi geliştirmeyi amaçlamaktadır. Normoksik koşullarda hazırlanan jel formülasyonları, 24 saat boyunca +4°C'de buz dolabında bekletildikten sonra 6 MV X-ışınları kullanılarak 11 Gy'ye kadar ışınlanmıştır. Ancak, 4 Gy'in üzerinde doğrusal olmayan bir doz yanıtı gözlemlendiğinden, değerlendirmeler 0–4 Gy aralığında yapılmıştır. Işınlama sonrası tekrar 24 saat buzdolabında bekletilen jellerin T2 ağırlıklı manyetik rezonans görüntüleri alınmış ve R2-doz yanıt analizi ile polimerizasyon derecesi değerlendirilmiştir. %10, %12 ve %14 HEMA içeren jeller arasında, %12 HEMA içeren jeller en iyi doz yanıtını vermiştir (r² = 0,922). Fakat, doğrusallığı ve hassasiyeti artırmak amacıyla karışıma DEGDMA ve VP çapraz bağlayıcıları eklenmiştir. %5 HEMA-%5 DEGDMA ve %6 HEMA-%6 DEGDMA içeren jeller, en yüksek r² değerlerini (sırasıyla 0,968 ve 0,958) sağlarken, en yüksek doz hassasiyeti (α) olan 0,021 Gy⁻¹ s⁻¹, %7 HEMA-%7 DEGDMA içeren jellerde elde edilmiştir. SEM analizi, DEGDMA eklenmesinin parçacık boyutlarını nanometre ölçeğine düşürdüğünü ve bunun da relaksasyon hızını ve hassasiyeti artırdığını göstermiştir. FTIR spektrumları, özellikle HEMA-DEGDMA jellerinde karakteristik bağ değişimleri yoluyla polimerizasyonun arttığını doğrulamıştır. Bu bulgular, optimize edilmiş çapraz bağlayıcı bileşimlerine sahip normoksik HEMA bazlı jellerin, 3D radyasyon dozimetrisi için önemli bir potansiyele sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Gelecekteki çalışmalar, klinik uygulanabilirliği artırmak amacıyla doz hızı, radyasyon kalitesi ve daha fazla bileşim optimizasyonu üzerine odaklanmalıdır.

Abstract:
Polymer gel dosimetry has emerged as an important tool in radiation therapy due to its capability for three-dimensional (3D) dose measurements. This study aims to develop a safer and more sensitive normoxic polymer gel dosimeter using 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) monomer, 1-Vinyl-2-pyrrolidinone (VP) and Di(ethylene glycol) dimethacrylate (DEGDMA) crosslinkers, and Tetrakis (Hydroxymethyl) phosphonium chloride (THPC) antioxidant. The gel formulations were prepared under normoxic conditions, stored at +4°C for 24 hours, and irradiated with 6 MV X-rays up to 11 Gy. However, due to the observed non-linear dose response above 4 Gy, evaluations were limited to the 0–4 Gy range. After irradiation, the gels were stored again at +4°C for 24 hours, and T2-weighted magnetic resonance images were obtained. The degree of polymerization was assessed using R2-dose response analysis. Among gels containing 10%, 12%, and 14% HEMA, the best dose response was achieved with 12% HEMA gels (r² = 0.922). To improve linearity and sensitivity, DEGDMA and VP crosslinkers were added to the formulations. Gels containing 5% HEMA-5% DEGDMA and 6% HEMA-6% DEGDMA demonstrated the highest r² values (0.968 and 0.958, respectively), while the highest dose sensitivity (α), 0.021 Gy⁻¹ s⁻¹, was observed with 7% HEMA-7% DEGDMA gels. SEM analysis revealed that the addition of DEGDMA reduced particle sizes to the nanometer scale, thereby enhancing relaxation rates and sensitivity. FTIR spectra confirmed increased polymerization through characteristic bond changes, particularly in HEMA-DEGDMA gels. These findings highlight the significant potential of normoxic HEMA-based gels with optimized crosslinker compositions for 3D radiation dosimetry. Future studies should focus on dose rate, radiation quality, and further composition optimization to enhance clinical applicability.