Radyasyon tedavilerinde kullanılan ağır iyonların X-ışınına karşı üstünlüklerinin radyobiyolojik ve dozimetrik parametreler üzerinden araştırılması
Research on the advantages of heavy ions against X-rays in radiation therapy through radiobiological and dosimetric parameters
Yazar: NURİ İLKER ÇATAN
Danışman: PROF. DR. ORHAN BAYRAK
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Üstün normal doku koruma özelliği sayesinde proton ışınlarına ilgi her geçen gün artmaktadır. Bu çalışmanın amacı, düşük riskli prostat kanseri tedavisinde hedef hacmi kapsamak ve risk altındaki organlardan kaçınmak amacıyla yoğunluk ayarlı proton tedavisi (IMPT) planlarının, X-ışını Volümetrik Yoğunluk Ayarlı Ark Terapi (VMAT) planları ile radyobiyolojik ve dozimetrik olarak karşılaştırılmasıdır.
10 adet düşük riskli prostat kanseri hastasının tedavi planları, Volümetrik Yoğunluk Ayarlı Ark Terapi (VMAT) ve iki farklı yoğunluk ayarlı proton tedavisi (IMPT) planı kullanılarak biri standart 2 ışın ve diğeri deneysel 9 ışın olacak şekilde karşılaştırıldı. Hedef doz iki farklı şema ile verildi. Standart şema toplam 76 Gy için 38 fraksiyon olmak üzere, fraksiyon başına 2 Gy iken, hipofraksiyone edilmiş şema, toplam 37.5 Gy için 5 fraksiyon olmak üzere, fraksiyon başına 7.5 Gy'dir. Dozimetrik indekslerin analizi hedef hacim, risk taşıyan organlar için alınan doz (OAR) ve geç rektal, mesane ve femur başı toksisitelerinin normal doku komplikasyon olasılığı (NTCP) ile düşük doz bölgesi olan periferik normal doku için gerçekleştirildi.
Protonlar ve X-ışınları, homojenlik ve uygunluk açısından hedef hacmini (dozun reçete edildiği hacim) çok iyi kavrarken, belirgin bir farklılık görülmemiştir. Protonlar VMAT tekniğine (p< 0,05) göre femur başı koruyuculuğunda üstünlük göstermiştir. Rektum ve mesane korunması açısından farklılık görülmemekle birlikte, periferik normal dokunun hacim korunması proton ile daha üstün bulunmuştur.
Düşük dereceli prostat kanserinin tedavisi için IMPT ve VMAT teknikleri arasında dozimetrik farklılık bulunmakla birlikte, radyobiyolojik bir farklılık görülmemiştir. Aynı güvenlik marjları ve doz hedefleri dikkate alındığında, IMPT ve VMAT teknikleri rektum ve mesanede üstün korunma sağlamıştır. Femur başları ve periferik normal dokuya uygulanan doz, proton planları ile belirgin olarak daha iyi sonuçlar vermiştir. Öte yandan, radyobiyolojik veriler, NTCP değerleri ve hipofraksiyonlu şema açısından farklılık göstermemiştir.

Abstract:
Interest in proton beams has increased due to superior normal-tissue sparing they afford. The goal of this study was to radiobiologically and dosimetrically compare the treatment of low-risk prostate cancer using intensity modulated proton therapy (IMPT) plans with X-ray volumetric modulated arc therapy (VMAT) plans with respect to target coverage and avoiding organs at risk. 
Treatment plans of 10 low-risk prostate cancer patients were compared using volumetric modulated arc therapy (VMAT) and two different intensity modulated proton therapy (IMPT) plans; one with standard 2 beams and the other experimental 9 beams. The target dose was delivered with two different schemes. The standard scheme was 2 Gy per fraction over 38 fractions for a total of 76 Gy and the hypofractionated scheme was 7.5 Gy per fraction over 5 fractions for a total of 37.5 Gy. Dosimetric indices for target coverage, dose received by organs at risk (OAR) and normal tissue complication probability (NTCP) of late rectal, urinary bladder and femoral head toxicities were analysed as well as the low dose region of peripheral normal tissue.
Protons and X-rays both demonstrated very good target coverage (prescribed volume) and no significant difference for homogeneity and conformity. Protons showed superior femoral head sparing with respect to the VMAT technique (p < 0,05).  There was no significant difference for sparing the rectum and the urinary bladder however the volume-sparing of peripheral normal tissue was superior with the proton plans.
A dosimetric advantage but no radiobiological advantage revealed to choose between IMPT and VMAT techniques for the treatment of low-grade prostate cancer. Using the same safety margins and dose objectives, both IMPT and VMAT techniques demonstrated superior sparing of the rectum and bladder. However, the dose to the femoral heads and to peripheral normal tissue was significantly low with the proton plans. On the other hand, the radiobiological data showed no relevant difference in the form of NTCP values as well as the hypofractionated scheme.