Radyoterapi uygulamalarında kullanılmak üzere dinamik olarak deforme olabilen karaciğer fantomu üretimi
Design and manufacture of a dynamically deformable liver phantom for radiotherapy
Yazar: SERDAR ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. EREN ŞAHİNER
Ankara Üniversitesi / Nükleer Bilimler Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı / Medikal Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Radyasyon Onkolojisi = Radiation Oncology

Özet:
Karaciğer içi tümörlerin radyoterapi uygulamasında, hedef bölgenin hareket ve deformasyon miktarı hesaba katılması gerekir. Dinamik tedavileri araştırmak ve iyileştirmek için anatomik deformasyonları temsil eden fantomlar gereklidir. Bu tez çalışmasında solunum hareketini simüle ederek deforme olabilen karaciğer fantomu üretimi amaçlanmıştır.
Dinamik olarak deforme olabilen karaciğer fantomu (DEformable Liver Phantom, DELP); insana özgü solunum modeli oluşturabilmek ve bu modelle senkronize, tekrarlanabilir hareket üretmek için tasarlanmıştır. Bu hareketin deformasyon etkisi için silikon malzeme ve kalıp kullanılarak yapay bir karaciğer oluşturulmuştur. Ayarlanabilen bir solunum hareketine göre karaciğeri alt (inferior) yönde sıkıştırmak için bir step motor kullanılmıştır. DELP'e yerleştirilen referans işaretleyiciler (fidüsiyel), hareketin doğrulanmasına ve deformasyonun hesaplanmasına yardımcı olmuştur. Dinamik deformasyon testlerinde silikon karaciğerin kenar bölgesinde en fazla deformasyon miktarı bulunmuştur. Ortalama deformasyon 5 mm genlikli hareket uygulandığında 3,45±0,93 mm, 10 mm genlikli hareket uygulandığında 5,98±0,01 mm hesaplanmıştır.
DELP daha sonra dinamik tedavinin dozimetrik sonuçlarını karşılaştırmak için kullanılmıştır. İki dozimetri sistemi, gafkromik film ve metal oksit yarı iletken alan-etki transistörü (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET) probları ile ölçüm alınmıştır. MOSFET sistemi ile alınan ölçümler, tedavi planlama sistemi (TPS) ile karşılaştırılmıştır. Film ölçümlerinde, harekete bağlı olarak doz profilinin x ve y yönlerinde değiştiği, izodoz çizgilerinin genişlediği gösterilmiştir.
Bu tez kapsamında yapılan çalışmalar sonucu öz kaynaklar kullanılarak bir karaciğer fantomu üretilmiş dozimetrik açıdan test edilmiş ve radyoterapi alanında bulunan fantomlara alternatif olarak kullanılabilir olduğu gösterilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Radyoterapi, karaciğer fantomu, deformasyon, solunum, 3B yazıcı, dinamik

Abstract:
The amount of movement and deformation of the target area needs to be considered during radiotherapy for liver tumors. Dynamic treatments must be investigated and improved using phantoms representing anatomical deformations. In this thesis, we simulate respiratory motion in order to produce a deformable liver phantom.
A dynamically deformable liver phantom (DEformable Liver Phantom, DELP) is manufactured to create a human-specific respiratory model and to create synchronized, reproducible motion. A silicone mold and silicone material were used to create an artificial liver to simulate the deformation effect of this movement. The liver was compressed using a stepper motor according to an adjustable respiratory motion. A reference marker (fiducial) placed on the DELP assisted in verifying the motion and calculating the deformation. Deformation was most pronounced in the edge region of silicone livers during dynamic deformation tests. The average deformation was 3.45±0.93 mm when 5 mm amplitude motion was applied and 5.98±0.01 mm when 10 mm amplitude motion was applied.
DELP was then used to compare the dosimetric results of dynamic therapy. Measurements were taken with two dosimetry systems, gafchromic film and metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) probes. The MOSFET system measurements were compared with the treatment planning system (TPS). In Gafchromic film measurements, it was shown that the dose profile changed in x and y directions and isodose lines widened due to motion.
As a result of the studies carried out within the scope of this thesis, a liver phantom was produced using its resources, tested dosimetrically, and shown to be an alternative to the phantoms in the field of radiotherapy.
Key Words: Radiotherapy, liver phantom, deformation, respiration, 3D printer, dynamic