Tedavi planlama sistemi ile elde edilen doz dağılımlarının Monte Carlo (BEAMnrc Ve EGSnrc) algoritması ve in-vivo dozimetrik yöntemler ile karşılaştırılması
Comparison of dose distributions of linear accelerator treatment planning system, Monte Carlo (BEAMnrc and EGSnrc )) and in-vivo dosimetric measurement methods
Yazar: NUR KODALOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN ÖZYİĞİT
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Radyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering ; Onkoloji = Oncology
Dizin: Algoritmalar = Algorithms ; Kalite güvencesi = Quality assurance ; Monte Carlo benzetimi = Monte Carlo simulation ; Radyometri = Radiometry ; Tedavi = Treatment

Özet:
Üç boyutlu konformal radyoterapi (3BKRT), yoğunluk ayarlı radyoterapi (YART), stereotaktik vücut radyoterapisi (SVRT) gibi modern tekniklerin gelişimiyle birlikte radyasyonun hastaya uygulanması daha karmaşık bir hal almıştır. Bu durum radyoterapi planlamasında doğru doz hesaplamalarını zorunlu kılmıştır. Akciğer ve kemik gibi hasta anatomisinde homojen olmayan yapılardan kaynaklı olarak doz dağılımlarının hesaplanmasında geleneksel doz hesaplamalarının doğruluğunu denetlemek için planlama algoritmalarının başka algoritmalar ve ölçümlerle karşılaştırılmaları gerekmektedir. Bu çalışmamızda, Elekta Precise Linak tedavi planlama sistemi (TPS), Monte Carlo (BEAMnrc ve DOSXYZnrc) ve in-vivo dozimetrik ölçüm metodları karşılaştırılmıştır. Bu amaçla 18 MV foton enerjili Elekta Synergy Platform cihazı BEAMnrc/EGSnrc yazılımı ile modellenmiştir. Hızlandırıcı kafasının standart elementleri modellenmiş ve daha sonra DOSXYZnrc programında kullanılmak üzere en son modülün altına parçacıklarla ilgili bilginin depolandığı faz uzay dosyası oluşturulmuştur. Simülasyonun doğruluğunu teyit etmek amacıyla DOSXYZnrc programındaki su fantomundan elde edilen sonuçlar PTW su fantomundan elde edilen deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. MC sonuçları, merkezi eksen derin doz profili ve yatay doz profil eğrileri bakımından ölçümlerle % 1-2 farkla eşleşmiştir. Modellemenin doğrulanmasından sonra SAD 100 cm, 10x10 cm2 alan için hem DOSXYZnrc hem de TPS ile üç tane plan ?tek alan (ön), iki alan (sağ, sol), üç alan (ön, sağ, sol)- yapılmıştır. Su fantomunun yerine 1 cm kalınlığında ve 30x30 cm2 büyüklüğünde 30 tane katı su fantomu kullanılmıştır. TPS için BT görüntüleri planlamaya aktarılmıştır. Planlamaların 13, 14, 15, 16, 17 cm derinliklerinde ve her bir derinliğin 5 farklı yatay noktasında nokta dozlar okunmuştur. Deneysel doğrulama için gafkromik filmler kalibrasyondan sonra belirlenen düzlemlere yerleştirilip planlamalara göre ışınlanmıştır. Burada da aynı noktalardaki dozlar okunmuş ve MC ile karşılaştırılmıştır. Tek alan (ön) planlamada TPS hesaplamalarında + % 0.6 ile - % 1.9 fark gözlenirken film ölçümlerinde + % 0.7 ile - % 1.8 fark gözlenmiştir. İki alan (sağ ve sol) planlamada TPS hesaplamalarında + % 0.7 ile - % 1.9 fark gözlenirken film ölçümlerinde + % 0.8 ile - % 1.8 fark gözlenmiştir. Üç alan (ön, sağ ve sol) planlamada TPS hesaplamalarında + % 0.0 ile - % 2.4 fark gözlenirken film ölçümlerinde + % 0.6 ile - % 2.0 fark gözlenmiştir. Bu sonuçlar ışığında MC kodunun klinikte güvenle kullanılabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
Beam delivery in radiotherapy has become increasingly complex after the advent of three-dimensional conformal radiotherapy (3DCRT), intensity-modulated radiotherapy (IMRT), and stereotactic body radiotherapy (SBRT) which yields accurate dose calculations are essential for radiotherapy planning. To verify the accuracy of conventional dose calculations, which often fail to accurately predict dose distributions, mainly due to inhomogeneities in the patient?s anatomy, for example, in lung and bone, planning algorithms are needed to be compared with other algorithms and measurements. This study discusses the comparison of dose distributions of Elekta Linac treatment planning system (TPS), Monte Carlo (BEAMnrc and DOSXYZnrc) and In-Vivo dosimetric measurement methods. In order to achieve this aim, Elekta Synergy Platform, in 18 MV photon mode, was modelled with BEAMnrc/EGSnrc. Standard elements of the accelerator head were modelled and at the end of the last module the relevant information of particles was stored in phase space data files to be used by DOSXYZnrc. For validation of the simulation results obtained by DOSXYZnrc water phantom were compared with the experimental data obtained by PTW water phantom. The MC results agreed with the measurements within % 1-2 with respect to central axis depth dose curves and lateral dose profile curves. After validation three different plans-one field (front), two fields (left, right), three fields(front, left, right)- were done both with DOSXYZnrc and TPS for SAD 100 cm, 10x10 cm2 field. Instead of water phantom, 30 solid phantoms each with 1cm thickness and 30x30 cm2 sized were used. For TPS CT images were imported. According to the plans point doses at 13, 14, 15, 16, 17 cm depths and at each depths 5 lateral points were recorded. For empiric verification, gafchromic films were inserted at selected planes after calibration and irradiated according to the plans. The doses of the same points were recorded and compared with MC evaluations. For one field, differences of TPS calculations and film measurements were observed as + % 0.6, - % 1.9 and + % 0.7, - % 1.8 ,respectively. For two fields, differences of TPS calculations and film measurements were observed as + % 0.7, - % 1.9 and + % 0.8, - % 1.8, respectively. For three fields, differences of TPS calculations and film measurements were observed as + % 0.0, - % 2.4 and + % 0.6, - % 2.0, respectively. According to these results it is proved that MC can be used in clinic confidently.