Fantomda, doku içine yerleştirilen protez malzemesinin eksternal ışın tedavisinde doza etkisinin farklı doz hesaplama algoritmaları ve dozimetri ile karşılaştırılması
The effect of prosthesis implant materials on doses in external beam treatment comparison with different dose calculation algorithms and dosimetry in phantom model
Yazar: DOĞUKAN AKÇAY
Danışman: YRD. DOÇ. DR. KADİR AKGÜNGÖR ; PROF. DR. FADİME AKMAN
Dokuz Eylül Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Algoritmalar = Algorithms ; Doz-cevap ilişkisi-radyasyon = Dose-response relationship-radiation ; Protezler ve implantlar = Prostheses and implants ; Radyasyon dozajı = Radiation dosage ; Radyometri = Radiometry ; Radyoterapi = Radiotherapy

Özet:
Amaç: Bu çalışmada amaç, yüksek atom numarasına sahip protez malzemelerinin radyoterapide kullanılan 6 MV X ışını tedavi dozlarına etkisini ölçmek ve tedavi planlama sistemlerinde kullanılan iki farklı doz hesaplama algoritması ile dozları hesaplayıp sonuçları karşılaştırmaktır.
Gereç ve Yöntem: Üzerinde doz hesaplarının ve ölçümlerinin yapıldığı fantomlar parafin malzeme ve PMMA plakalar kullanılarak oluşturulmuştur. Protez malzemesi örnekleri Ti6Al4V ve CoCrMo'dur. Bu örnekler ayrı ayrı parafin malzemelerin içine yerleştirilmiştir. Oluşturulan fantom uzaylarının Nucletron Oncentra MasterPlan tedavi planlama sisteminde (TPS) ve GAMOS kodunda benzeşimi gerçekleştirilmiştir.  TPS'de Collapsed Cone  (CC ) algoritması, GAMOS kodunda Monte Carlo (MC) algoritması ile doz hesapları yapılmıştır. Doz hesapları sonuçları, fantom içinde ışın merkez ekseni boyunca yüzde derin doz olarak ve fantomun 2.9 cm, 10 cm derinliklerinde doz profilleri olarak okunmuştur. Daha sonra iyon odası ve EDR 2 film ile radyasyon dozları deneysel olarak ölçülmüştür.  Yüzde derin dozlar iyon odası ile, doz profilleri EDR 2 film ile elde edilmiştir.
Bulgular: Hesap ve ölçüm sonuçlarında, doz profillerinde EDR 2 film ölçümlerinin ve MC hesaplarının uyumlu olduğu, ancak CC algoritması hesaplarında protez malzemesinin bulunduğu bölgede sonuçların farklı olduğu görülmüştür. EDR 2 film sonuçlarına göre rölatif hatalar hesaplandığında, MC algoritması hesaplarında hatalar minimum %0.11, maksimum %1.15 olmuştur. CC algoritması hesaplarında ise rölatif hataları sırasıyla %7.87 ile %21.6 olarak hesaplanmıştır. İyon odası ölçümlerinde ise ölçümler protez malzemesinin altından itibaren etkin şekilde alınabilmiştir. Protez malzemesi üstünde, iyon odası adaptörü yeterli hassasiyette ölçüm alınmasını engellemiştir. Protez malzemesinin 3.5 cm altında iyon odası ölçümleri referans alınarak yapılan rölatif hatalarda sonuçlar MC hesapları için minimum %0.24, maksimum %0.86'dır. CC hesaplarında ise rölatif hatalar sırasıyla %10.4 ve %16.2'dir.
Sonuç: Protez malzemelerinin dozlarda önemli değişimlere yol açtığı görülmüştür. Protez malzemesi önünde yaklaşık %10 doz artışı, protez malzemesi arkasında %45'lere varan doz düşüşleri meydana gelmiştir. Monte Carlo hesapları, deney sonuçları ile %2'nin içinde uyumluluk gösterirken, Collapsed Cone hesaplarında, deney sonuçlarına göre bu uyumluluk sağlanmamıştır. 
      
Anahtar  Kelimeler: Yüksek atom numaralı protez malzemesi, Collapsed Cone algoritması, GAMOS Monte Carlo kodu, EDR 2 film.

Abstract:
Purpose: This comparative study was to investigate the effect of high-Z pelvic prostheses on 6 MV-X external beam radiotherapy doses. Study was based on comparison of measurements of the radiation doses and calculation of these doses in two different dose calculation algorithms.
Material and Methods: Paraffin materials and PMMA slabs have been used to form phantoms where we have implemented dose calculations and measurements. Prosthesis sample materials are Ti6Al4V and CoCrMo. These samples have been fixed in paraffin materials separately. In Nucletron Oncentra MasterPlan treatment planning system (TPS) and GAMOS code, phantom simulations have been carried out. Collapsed Cone (CC) algorithm have been used in TPS and Monte Carlo (MC) algorithm have been used in GAMOS code. Dose calculation results have been achieved in phantom as percentage depth doses along the  beam central axis and dose profiles at 2.9 and 10 cm depths of the phantom. Afterwards doses have been measured with ion chamber and EDR 2 film. For percentage depth doses, ion chamber and for dose profiles EDR 2 film have been used. 
Results: Measurements and calculations of dose profiles shows that, EDR 2 film and Monte Carlo results are well matched. In comparison with EDR 2 films, Monte Carlo results have relative difference of minimum 0.11% and maximum 1.15%.  However, Collapsed Cone results have deviations in the prostheses sample zone from EDR 2 and Monte Carlo results. Relative differences of Collapsed Cone results are minimum 7.87% and maximum 21.6%. Ion chamber measurements showed consistance only with Monte Carlo results below placement of prostheses sample. Above prostheses, ion chamber adaptor caused difficulty in fine measurements. Below 3.5 cm of prostheses sample, relative differences of Monte Carlo in comparison with ion chamber by minimum and maximum, are 0.24% and 0.86% respectively. In Collapsed Cone calculations, relative differences are minimum 10.4% and maximum 16.2%.
Conclusion: Pelvic prostheses caused significant effects on the radiation doses. Above the prostheses samples, doses have been increased by aprroximately 10% and below the prostheses samples, decreasement of doses approaching to 45% have been observed. Our results show an agreement within 2% between Monte Carlo calculations and experiments, yet Collapsed Cone calculations didn't achieve the acceptable consistency. 

Keywords: High-Z prostheses, Collapsed Cone algorithm, GAMOS Monte Carlo code, EDR 2 film.