Monte carlo simülasyonu ile dinamik yoğunluk ayarlı radyoterapi (YART) planlarının, rando fantom çıkışında oluşturduğu doz akı haritasının elde edilmesi ve dedektör sistemleri ile doğrulanması
Calculating the transmission dose map of the dynamic intensity modulated radiation therapy (İMRT – VMAT) treatments behind the rando phantom using monte carlo simulation and validating it using detector systems
Yazar: OĞUZHAN AYRANCIOĞLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KADİR AKGÜNGÖR
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Radyasyon Onkolojisi = Radiation Oncology

Özet:
Onkoloji alanında etkin tedavi yöntemlerinden birisi olan radyoterapide, hastalara verilecek radyasyon dozunun doğruluğu kadar hesaplanan dozun tedavi süresince uygulama doğruluğunun sağlanması da dikkat edilmesi gereken önemli unsurlardan birisidir. Bu çalışmanın amacı, dinamik yoğunluk ayarlı radyoterapi uygulanan hastaların tedavi süresince aldıkları gerçek zamanlı radyasyon dozu doğruluğunun değerlendirilebilmesi için yeni bir yöntem geliştirilmesidir.
Tedavi cihazı olarak Varian TrueBeam STx cihazının ve insan vücudu yerine antropomorfik fantomun kullanıldığı bu çalışmada radyasyon doz hesaplamaları, radyasyonun taşınma problemi çözümünde güvenilir metotlardan biri olarak kabul edilen Monte Carlo (MC) metoduyla yapıldı. Varian TrueBeam STx cihazının ve antropomorfik fantomun geometrik yapısı MC tabanlı GEANT4 simülasyon yazılımı kullanılarak modellendi ve gerçek zamanlı ölçümler ile doğrulandı. Simülasyon modeli parametrelerinin kontrol edilebilmesi için QT çatısı altında Python, C++ programlama dilleri kullanılarak bir grafik arayüzü tasarlandı. Bu arayüz aracılığıyla isteğe bağlı oluşturulan ya da Varian Eclipse tedavi planlama sisteminden alınan tedavi alanı bilgilerinin dinamik olarak Varian TrueBeam STx modeline aktarılması ve GEANT4 simülasyonun çalıştırılması sağlandı. Elde edilen radyasyon dozu sonuçları, gerçek zamanlı detektör ölçümleri ile MATLAB programı ve gama analizi metodu kullanılarak karşılaştırılmalı olarak analiz edildi.
Tasarlanan grafik arayüzünde yer alan cihaz parametrelerinin kullanımı, tedavi planlama sisteminden alınan dosyaların arayüze yüklenmesi ve bunların GEANT4 simülasyon modeline aktarımı CentOS (7), Ubuntu (20.04.6 LTS), Mint (20.3 Una) ve MacOS (14.2.1 Sonoma) işletim sistemlerinde test edildi. Varian TrueBeam STx GEANT4 simülasyon modelinin doğruluğu, sırasıyla radyasyon dozu farkı – mesafe aralığı %2 – 2 mm alındığında, ortalamada %99; %1 – 1 mm alındığında ise, ortalamada %83 bulundu. Antropomorfik fantom ile yapılan simülasyon ve gerçek zamanlı ölçümler arasındaki doğruluğun, sırasıyla radyasyon dozu farkı – mesafe aralığı %3 – 3 mm alındığında, ortalamada %98; %2 – 2 mm alındığında ise, ortalamada %91 bulundu.
Geliştirilen Varian TrueBeam STx GEANT4 simülasyonu ve kullanıcı arayüzü aracılığıyla, Varian TrueBeam STx cihazında tedavi alan onkoloji hastalarının tedavi süresince gerçek zamanlı aldığı radyasyon dozunun doğruluğunun değerlendirilmesi mümkün olmaktadır.

Abstract:
In oncology, ensuring the accuracy of radiation dose delivery during treatment is as crucial as the accuracy of the calculated dose itself. Therefore, this study aims to develop a new method for evaluating the real-time radiation dose received by patients undergoing dynamic intensity modulated radiation therapy during treatment. 
In this study, radiation dose calculations were performed using the Monte Carlo (MC) method, which is considered a reliable method for solving the transport problem of radiation. The geometric structure of the Varian TrueBeam STx machine and the anthropomorphic phantom was modeled using MC-based GEANT4 simulation software and validated with real-time measurements. A graphical user interface (GUI) was designed using Python and C++ programming languages under the QT framework to control simulation model parameters. Through this interface, simulation model parameters, either optionally generated or obtained from the Varian Eclipse treatment planning system, was dynamically transferred to the Varian TrueBeam STx model for GEANT4 simulation. The resulting radiation dose data were analyzed comparatively with real-time measurements using MATLAB and gamma analysis method. 
The utilization of device parameters in the designed GUI, along with the loading and transfer of files from the treatment planning system to the GEANT4 simulation model, was tested on various operating systems such as CentOS (7), Ubuntu (20.04.6 LTS), Mint (20.3 Una), and MacOS (14.2.1 Sonoma). The accuracy of the Varian TrueBeam STx GEANT4 simulation model was evaluated, yielding an average agreement of 99% for a radiation dose difference (DD) – distance to agreement (DTA) of 2% – 2 mm and 83% for a 1% – 1 mm interval. For simulations conducted with the anthropomorphic phantom, the average agreement between the DD – DTA of 3% – 3 mm and 2% – 2 mm was found to be 98% and 91%, respectively. Through the developed Varian TrueBeam STx GEANT4 simulation and user interface, it is possible to evaluate the accuracy of real-time radiation dose delivery to oncology patients undergoing treatment with the Varian TrueBeam STx machine.