Kompleks radyoterapi tedavilerinde monte carlo-tabanlı simülasyonların hastaya özgü dozimetrik yöntemlerle doğrulanması ve değerlendirilmesi
Verification and evaluation of monte carlo-based simulations in patients with complex radiotherapy by patient-specific dosimetric methods
Yazar: ESİN GÜNDEM
Danışman: PROF. DR. BAHAR DİRİCAN
Sağlık Bilimleri Üniversitesi / Gülhane Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Radyasyon Onkolojisi Ana Bilim Dalı / Radyoterapi Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Radyasyon Onkolojisi = Radiation Oncology
Dizin: Monte Carlo benzetimi = Monte Carlo simulation ; Neoplazmlar = Neoplasms ; Radyometri = Radiometry ; Radyoterapi = Radiotherapy ; Radyoterapi-yoğunluk ayarlı = Radiotherapy-intensity-modulated ; Tedavi = Treatment

Özet:
Kompleks Radyoterapi Tedavilerinde Monte Carlo-Tabanlı Simülasyonların Hastaya Özgü Dozimetrik Yöntemlerle Doğrulanması ve Değerlendirilmesi
Radyoterapi kanser tedavisinde en önemli tedavi modalitesidir ve tümör hacmine, tümörü çevreleyen sağlıklı dokuya en az zarar verecek şekilde yüksek doğrulukla ölçülmüş radyasyon dozunu vermek ve sağ kalımı artırmak amaçlanır. Dozimetrik olarak doğrulanmış yüksek hassasiyetli radyasyon dozunun hedefe yüksek doğrulukla verilmesi ve hastalarda doz dağılımının belirlenmesi başarılı tedavi sonuçları için çok önemlidir. Son yıllarda Radyoterapide karmaşık tedavi teknikleri ve ileri teknoloji ürünü tedavi cihazları kullanılmaya başlanmış ve gelişmeleri devam etmektedir. Bu cihazlarla yapılan tedavilerin radyasyon dozu hesaplamalarının doğru yapılabilmesi için tedavi planlama sistemleri ve bu sistemler için özel doz hesaplama algoritmalarının geliştirilmesi gerekmiştir.  En doğru doz hesaplama yöntemi olarak kabul edilen Monte Carlo (MC) yöntemi, ortamdaki parçacık etkileşimlerinin sanal modellemesini kullanarak soğurulan dozu yüksek doğrulukla hesaplar.
Bu çalışmada, radyoterapide hasta tedavilerinde uygulanabilen YART gibi kompleks tedavilerin hastaya özgü dozimetrik doğrulanması için EGSnrc/BEMnrc/DOSXYZnrc modellerinin oluşturulması ve modellerin dozimetrik parametrelerle doğrulanarak sonuçlarının değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Sağlık Bilimleri Üniversitesi Gülhane Eğitim ve Araştırma Hastanesi'nde bulunan Elekta Synergy lineer hızlandırıcı cihazının 6 MV foton demetinin MC modeli ve seçilen hastalar için oluşturulan tedavi planları EGSnrc/BEAMnrc/DOSXYZnrc MC kodu ile modellenmiştir. Çalışmamızda MATLAB2019a, CERR ve CERRmaster yazılımları kullanılarak başlangıç elektron demetini ve tedavi planının modelini etkileyen parametreler belirlenmiş, tedavi planlarının MC modellerinden elde edilen dozimetrik parametreler ve Tedavi Planlama Sistemi (TPS) verileri ile karşılaştırılmıştır.
Sonuç olarak, Elekta Synergy lineer hızlandırıcı cihazının 6 MV foton demeti için başlangıç elektron demti parametreleri belirlenmiş ve 6.2 MeV başlangıç ortalama elektron enerjisinin ve 1 mm Full Width Half Maximum (FWHM) en iyi uyumu verdiği bulunmuştur. Tedavi planlarının değerlendirme sonuçları EGSnrc/BEAMnrc /DOSXYZnrc kodu modelinin hasta spesifik doğrulama yöntemi olarak kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
Verification and Evaluation of Monte Carlo-Based Simulations in Patients with Complex Radiotherapy by Patient-Specific Dosimetric Methods
Radiotherapy (RT) is the most important treatment modality in cancer treatment and aims at improving survival through the delivery of radiation dose calculated with high precision to the tumor volume while minimizing exposure of surrounding healthy tissues. Dosimetrically verified high precision radiation dose delivery to the target with high accuracy and determination of dose distribution in patient is very important for successful treatment. In recent years, complex treatment techniques and devices have been developed and currently used in radiotherapy. Treatment planning systems and special dose calculation algorithms for these systems had to be developed in order to acquire accurate radiation treatment dose calculations with these devices. Monte Carlo (MC) simulation method, accepted to be the most accurate dose calculation method computes the absorbed dose with high accuracy using virtual modelling of particle interactions in the environment.
In this study, we aimed to virtually model Linear Accelerator to achieve patient-specific dosimetric verification using EGSnrc/ BEMnrc/DOSXYZnrc MC code in IMRT like complex treatments. The MC model of the 6 MV photon beam of Elekta Synergy linear accelerator, currently used at the Gulhane Training and Research Hospital of the Health Sciences University Turkey is modelled and treatment plans created for selected patients were modelled with EGSnrc/BEAMnrc/DOSXYZnrc MC code. In our study, both the parameters affecting the initial electron beam and the model of the treatment plan were determined using MATLAB2019a, CERR and CERRmaster software, and the dosimetric parameters such as Mean Dose, D98, D50 and D2 obtained from the MC models of the treatment plans and the same Treatment Planning System (TPS) parameters were compared.
In conclusion, we determined the initial electron beam parameters of the 6 MV photon beam Elekta Synergy linear accelerator and found that the system had the best consistency in the range of 6.2 MeV initial electron energy and 1 mm FWHM Gaussian distribution. EGSnrc/BEAMnrc/DOSXYZnrc MC code can be used as patient-specific verification method for dosimetric accuracy.