Üç boyutlu yazıcı yardımı ile hastaya özgü bolus materyali üretimi ve üretilen materyalin dozimetrik değerlendirmesi
Patient spesific bolus production using three dimensional printer and dosimetric evalution of the produced material
Yazar: ENİS CAN CAVAK
Danışman: PROF. DR. FADİME AKMAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ KADİR AKGÜNGÖR
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Onkoloji = Oncology
Dizin: Benzetim = Simulation ; Bolus materyali = Bolus material ; Radyasyon dozajı = Radiation dosage ; Radyasyon onkolojisi = Radiation oncology ; Radyometri = Radiometry ; Radyoterapi = Radiotherapy ; Tıbbi fizik = Medical physics ; Üç boyutlu yazıcı = Three dimensional printer

Özet:
AMAÇ : Bu çalışmada, üç boyutlu yazıcı hammaddelerinden olan PLA'nın, radyoterapide kullanılan SuperFlex bolus malzemelerine alternatif olup olamayacağı araştırılmıştır. PLA malzemesi ile sanal olarak tasarlanacak bolusun SuperFlex bolusa göre avantajları ve dezavantajları değerlendirilmiştir.

YÖNTEM: Araştırmanın ilk fazında PLA malzemesinin su eşdeğerliliğinin araştırılması için malzeme 
üzerinden toplanan deneysel ve teorik doz verileri su fantomu verileri ile karşılaştırılmıştır. Teorik veri toplama işlemi GAMOS yazılımı ile Monte Carlo metodu ve TPS sisteminde Acuros XB algoritması kullanılarak yapılmıştır. Su eşdeğeri olmadığı anlaşılan PLA malzemesi için malzemenin kütle yoğunluğu değeri ile tedavi planlama sistemi üzerinde bir HU değeri elde edilmiştir. Araştırmanın ikinci fazında, insan benzeri fantomun burun bölgesinde belirlenen hedef doku için SuperFlex bolus, PLA bolus ve bolussuz olarak üç farklı şekilde planlar oluşturulmuştur. Tedaviler, kritik organlarda D_min,D_max,D_mean değerleri ile hedef dokularda ise bunlara ek olarak V_(98%),V_(95%),V_(2%),CI ve HI parametreleri ile değerlendirilmiştir.

BULGULAR: Yapılan PDD karşılaştırmaları sonuncunda, PLA ve su yüzeyinde doz farkının alan boyutuna bağlı olarak %10 olduğu görüldü. Bu fark maksimum doz noktasına yaklaştıkça %1'den küçük değerlere kadar azalmıştır. Maksimum noktadan derinlere inildikçe doz farkı %3 seviyesine kadar kademeli artmaktadır. PLA malzemesi için "368 HU" değeri elde edilmiştir. SuperFlex bolus, PLA bolus ve bolussuz olarak insan benzeri fantom üzerinde sanal olarak yapılan ışınlamalarda; 0,5 cm kalınlığında PLA bolus için PTV'deki D_min%89,6 D_max%105,6, SuperFlex bolus için PTV'deki D_min%86,5 D_max%105,8 ve bolussuz tedavi planı için PTV'deki D_min%21,9 D_max%119,2 olarak hesaplanmıştır. Sadece hedef dokulara bakıldığında 0.5 cm PLA bolusun aynı kalınlıkta SuperFlex bolusa göre üstün olduğu görülmüştür. Cilt dozları PLA bolus ile yapılan planda diğerlerine göre daha yüksektir. Bir cm kalınlığında bolus kullanılarak yapılan değerlendirmelerde; PLA malzemesinin hedef dokudaki doz dağılımları SuperFlex bolusla benzer, maksimum dozlar açısından farklılık göstermiştir.

SONUÇLAR: PLA malzemesinin, SuperFlex bolusa alternatif olabileceği görülmüştür. Doz dağılımlarında, SuperFlex bolusa göre avantajlar sağlayabilmektedir. Bolus kalınlığının doğru seçilmemesi durumunda maksimum doz ve PTV'deki doz dağılımları dezavantaja dönüşebilir. PLA malzemeleri üretici firmalara göre farklılık gösterdiğinden, kullanıcılar kendi PLA malzemesini kliğini için modellemelidir.

ANAHTAR KELİMELER: Bolus, Üç Boyutlu Yazıcı, Monte Carlo Simülasyonu, Radyasyon Dozu

Abstract:
PURPOSE: In this study, it was researched whether PLA, which is one of the 3D printer raw materials, can be an alternative to SuperFlex bolus materials used in radiotherapy. The advantages and disadvantages of the bolus, which was designed using PLA material, were compared to the superflex bolus.

METHODS: On the first phase of the research, the experimental and theorical dose datas that had been obtained from the material were compared to the water phantom datas to make a research on water equivalance of PLA material. The theorical data obtaining was made with Monte Carlo method by the help of GAMOS software and using Acuros XB algorithm on TPS system. For PLA material that had been found to have no water equivalent a HU value was obtained on the treatment planning system with the material's mass density value. On the second phase of the research, three different treatment plans such as treatment with SuperFlex bolus, treatment with PLA bolus and treatment without bolus were created for the target tissue that had been determined on the nose area of the human-like phantom. Treatments were evaluated with D_min,D_max,D_mean values on critical organs, in addition to that on the target tissues V_(98%),V_(95%),V_(2%),CI ve HI parameters were also added to the evaluation.

RESULTS: As a result of PDD comparing it was seen that the dose difference between PLA and water surface was 10% depending on the area size. This difference decreased from %1 to the low values as it approached to the maximum dose level. The dose difference increased to the %3 level gradually as getting deeper from the maximum point. The "368 HU" value was obtained for PLA material. In the virtual irradiations on the human-like phantom using SuperFlex, PLA bolus and without bolus D_min%89,6 D_max%105,6 in PTV was evaluated for 0,5 cm PLA bolus. For SuperFlex bolus, D_min%86,5 D_max%105,8 in PTV was evaluated. And for the treatment plan without bolus, the values of D_min%21,9 D_max%119,2 was obtained in PTV. Observing only the target tissues showed that the 0,5 cm PLA bolus had an advantage over SuperFlex bolus with the same thickness. The skin doses were higher on the plan made with PLA bolus than other plans. Evaluations made by using 1 cm thick bolus demonstrated that the dose distributions of target tissue with using of PLA bolus showed similar results as SuperFlex bolus, yet they showed different results in terms of maximum doses.

CONCLUSIONS: It was seen that PLA material could be an alternative to SuperFlex bolus. PLA can provide advantages over SuperFlex bolus in terms of dose distribution. If the bolus thickness is not chosen correctly, the maximum dose and dose distributions in PTV may turn into disadvantages. Due to the reason that PLA materials can be varied according to the producing companies, the users should simulate their own PLA material for their clinic.

KEY WORDS: Bolus, 3D Printer, Monte Carlo Simulation, Radiation Dose,