Radyoterapi tedavi planlaması için hounsfield unit ve rölatif elektron yoğunluğu arasındaki ilişki
The relationship between hounsfield unit and relative electron density for radiotherapy treatment planning
Yazar: ÇİĞDEM AYDOĞDU
Danışman: PROF. DR. EMİNE DİLARA ATALAY ; DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL FARUK DURMUŞ
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Bilgisayarlı tomografi = Computed tomography ; Elektron yoğunluğu = Electron density ; Radyoterapi = Radiotherapy ; Tedavi planlama = Treatment planning

Özet:
Radyoterapi de tedavi planlaması, tomografi taramalarından elde edilen geometrik ve yoğunluk bilgisine dayanmaktadır. Bilgisayarlı tomografi (BT/CT) verileri, radyoterapide tedavi planlama sistemi (TPS) vasıtasıyla hastanın vücudunda soğurulan dozu hesaplamak için kullanılmaktadır. Bir BT taraması sonucu elde edilen BT Numarası (Hounsfield Unit: HU) değerleri siyah ile beyaz arasında skalaya dönüştürülerek görüntü elde edilmektedir. Her bir doku ve organ için ayrı bir gri tonunda renk atanmaktadır. Dokular arasında kontrast farkı ile doku ve organlar birbirinden ayırt edilebilmektedir. Her bir dokunun kütle yoğunluğu ve elektron yoğunluğu (Electron Density: ED) farklıdır. Bu farklı yoğunluklar radyasyonun soğurulmasında ve saçılmasında farklılıklara yol açmaktadır. Her bir doku ve organdaki doz dağılımını hesaplamak için, HU-ED kalibrasyonu farklı dokulara eşdeğer materyaller içeren özel fantomlarla yapılabilmektedir. Temelde spesifik fantomda ED değerleri belirli olan materyallerin HU değerleri BT taraması ile belirlenmektedir. Daha sonra fantomda belirli olan materyallere göre HU-ED kalibrasyonu yapılmaktadır. Bu kalibrasyon işleminde birçok değişken parametre vardır. Enerji, akım, tarama alanı genişliği en temel parametrelerdir. Bu parametrelerin birbiriyle ve homojen olmayan materyallerde, özellikle kemik yoğunluğu olan materyallerde HU-ED eğrisini nasıl etkilediği araştırılacaktır.
Radyoterapide tedavinin başarısı tümörü kontrol altına almak için uygulanan doz ile direkt ilişkilidir. Tümörü kontrol altına alma ihtimalini artırmak ve oluşabilecek komplikasyon riskini azaltmak için HU-ED eğrisinde belirsizlikleri belirleyerek TPS'ye doğru tanıtılması gerekmektedir. BT'de özel yoğunluklara sahip homojen olmayan fantomlar ile farklı tüp akım potansiyeli (kVp) ve tüp akım ışınlama süresi (mAs) değerlerinde taramalar alınacaktır. Bu taramaların her biri için HU-ED eğrileri elde edilecektir. Özellikle kemik ortamında oluşabilecek sapmalar ve belirsizlikler incelenecektir. 
İnhomojen ortamların dozimetrik farklılıklarını araştırmak için, CC04 iyon odası ve EBT-XD film kullanarak özel olarak üretilen fantomda alınan ölçümler ile Monte Carlo-Dose to Water (MC-Dw), Monte Carlo-Dose to Medium (MC-Dm), Collapse Cone (CC) ve Pencil Beam (PB) algoritma hesaplamaları karşılaştırılacaktır.

Anahtar Kelimeler: Hounsfield Unit, Elektron Yoğunluğu, Radyoterapi HU-ED Eğrisi, Dose to Water, Dose to Medium, EBT-XD, Vertebra SBRT

Abstract:
The treatment planning of radiotherapy is based on the geometric and intensity information obtained from tomography scans. Computed tomography (CT) data, treatment planning system (TPS) in radiotherapy are used to calculate the absorbed dose in the patient's body. The CT Number (Hounsfield Unit: HU) values obtained as a result of a CT scan are converted into a scale between black and white and an image is obtained. A different gray color is assigned for each tissue and organ, and tissues and organs are separated from each other by contrast difference between tissues. The mass density and electron density (Electron Density: ED) of each tissue are different. These different intensities lead to differences in the absorption and scattering of radiation. In order to calculate the dose distribution in each tissue and organ, HU-ED calibration can be performed with special phantoms containing materials equivalent to different tissues. Basically, the HU values of the materials whose ED values are determined in the specific phantom are determined by CT scanning. Then, HU-ED calibration is performed according to the materials specified in the phantom. There are many variable parameters in this calibration process. Energy, current, scanning area width are the most basic parameters. It will be investigated how these parameters affect the curve in each other and in inhomogeneous materials, especially in materials with bone density.
The success of the treatment in radiotherapy is directly related to the dose applied to control the tumor. In order to increase the possibility of controlling the tumor and reduce the risk of complications, the uncertainties in the HU-ED curve should be determined and the TPS should be introduced. In CT, inhomogeneous phantoms with special densities will be scanned at different tube current potential (kVp) and tube current irradiation time (mAs) values. HU-ED curves will be obtained for each of these scans. In particular, deviations and uncertainties that may occur in the bone environment will be examined.
In order to investigate the dosimetric differences of inhomogeneous environments, measurements taken in a specially produced phantom using CC04 ion chamber and EBT-XD film, and Monte Carlo-Dose to Water (MC-Dw), Monte Carlo-Dose to Medium (MC-Dm), Collapse Cone (CC) and Pencil Beam (PB) algorithm calculations will be compared.

Keywords: Hounsfield Unit, Elektron Density, HU—ED Curve in Radiothrerapy Dose to Medium, Dose to Water, EBT-XD, SBRT