Genişletilmiş bilgisayarlı tomografi skalası ve metal artefakt azalımı yöntemlerinin implantlı hastalarda doz dağılımına etkisinin bireyselleştirilmiş fantomlar kullanılarak analiz edilmesi
Analysis of the effects of extended computed tomography scale and metal artefact reduction methods on dose distribution of patient with implant by using individualized fantoms.
Yazar: HANDE AHRAZOĞLU
Danışman: DOÇ. GÖZDE YAZICI
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Radyoterapi Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Onkoloji = Oncology
Dizin: Artefaktlar = Artifacts ; Mandibular protez = Mandibular prosthesis ; Omurga = Spine ; Ortopedik implantlar = Orthopedic implants ; Protezler ve implantlar = Prostheses and implants ; Radyoterapi = Radiotherapy ; Tomografi-x ışınlı-bilgisayarlı = Tomography-x ray-computed

Özet:
Günümüzde insan vücudunda diş, çene, kalça, omurga gibi metal implantların kullanımı yaygınlaşmıştır. Ancak insan vücudundan farklı olarak bu implantların yüksek atom numarasına sahip olması, Bilgisayarlı Tomografi (BT) görüntülemesinde artefaktlara sebep olmaktadır. Radyoterapi (RT) tedavi planlamasının BT görüntüleri üzerinden yapılması nedeniyle bu artefaktlar doz hesaplamalarında belirsizliklere yol açmaktadır. Bu çalışmadaki amaç, üç boyutlu (3B) bireyselleştirilmiş fantomlara Titanyum (Ti) alaşımlı implantlar yerleştirip, Genişletilmiş BT Skalası (GBTS) ve SEMAR (Single energy metal artefact reduction, Toshiba Medical Systems, Otowara, Japan) algoritmaları kullanarak metal implantların RT 'deki doz dağılımına etkilerini araştırmaktır. Öncelikle implantlar (1 mandibula ve 2 servikal vertebra)  3B baskı teknolojisiyle üretilmiş fantomlara yerleştirilmiştir. Sonrasında hazırlanan fantomların Toshiba Aquilion LB BT (Toshiba Medical Systems, Otowara, Japan) cihazında BT taramaları yapılıp ardından GBTS ve SEMAR yöntemleri uygulanmıştır. Dozimetrik ölçümler içinse EBT3 Gafkromik filmler fantomların uygun kesit aralarına yerleştirilerek Varian Clinac DHX High Performance lineer hızlandırıcı cihazında ışınlanmıştır. Film dozimetri ile elde edilen 2B doz haritaları tedavi planlama sisteminden (TPS) alınan 3 boyutlu konformal RT (3BKRT) ve yoğunluk ayarlı RT (YART) planlama sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Tedavi planlarının gama analizi sonuçları değerlendirilirken %3 doz farkı (DF) ve 3 mm doz mesafe uyumu (DMU), %3 DF ve 5mm DMU, %5 DF ve 3mm DMU son olarak da %5 DF ve %5 DMU kriterleri kullanılmıştır. Mandibula implantlı fantomdan elde edilen ölçümlerde anlamlı farklılıklar bulunamamıştır. Bunun sebebi mandibula implantının çok ince ve küçük yapıda olması nedeniyle yeteri kadar artefakt yaratamamasıdır. Servikal vertebra implantlı fantomlardan elde edilen ölçümlere göre ise GBTS yönteminin gama analizi sonuçları, standart BT skalasına (SBTS) göre daha iyi çıkmıştır (%1-%16). SEMAR yöntemi gama analizi sonuçlarında ise dozimetrik açıdan anlamlı bir farklılık gözlenmemiştir. Sonuç olarak implantların büyük metal artefaktlar yarattığı durumlarda RT tedavisi planlanırken GBTS kullanılması önerilmektedir. SEMAR algoritmasının ise belirtilen koşullar için RT 'de dozimetrik bir etkisi bulunamamıştır.

Abstract:
Today, the use of metal implants such as teeth, mandible, hip, and spine has become widespread in the human body. However, these implants cause artifacts in Computed Tomography (CT) imaging because of their high atomic number different from human tissue. Because radiotherapy (RT) treatment planning is done via CT images, these artifacts lead to uncertainties in RT dose calculations. The aim of this study was to investigate the effects of metal implants on the dose distribution in RT using three-dimensional (3D) individualized phantoms by placing Titanium (Ti) alloy implants and using their extended CT Scale (ECTS) and SEMAR (Single energy metal artefact reduction, Toshiba Medical Systems, Otowara, Japan)  algorithms. First of all, implants are mounted on human bone shaped structures called sawbone and then placed in phantoms produced by 3D printing technology. In total, three phantoms and three implants were implanted. One of them is the mandible and the other two are cervical vertebra (C1-C3 and C4-C7) implants. After combining the phantoms, CT scans were performed on the Toshiba Aquilion LB BT (Toshiba Medical Systems, Otowara, Japan) and the GBTS and SEMAR methods were applied. For dosimetric measurements, EBT3 Gaphchromic films were placed on the appropriate sections of phantoms and irradiated in Varian Clinac DHX High Performance linear accelerator device.  2D dose maps obtained by film dosimetry were compared with 3DCRT and IMRT planning results from TPS. While evaluating the results of gamma analysis of the treatment plans, the four sets of criteria were used: 3% Dose Difference (DD) and 3 mm Distance to Agreement (DTA), 3% DD and 5 mm DTA, 5% DD and 3mm DTA, 5% DD and 5% DTA criteria were used. No significant differences were found in the measurements obtained from the mandible implant phantom. The reason for this is that it does not create enough artifacts due to its very thin and small structure. Gamma analysis results of GBTS method were better than standard CT scales (1-16%). There was no significant difference in the gamma analysis results of SEMAR method. As a result, it is recommended to use GBTS in the treatment of RT when implants create large metal artefacts. The SEMAR algorithm did not have a dosimetric effect in RT for defined conditions.