X-ışını tanısal enerji aralığında polistren esaslı exradin W1 plastik sintilatör dedektörün doz tepkisinin incelenmesi
Investigation of dose response of polystrene based exradin W1 plastic scintillator detector in X-ray diagnostic energy range
Yazar: NESLİHAN GÖKÇEK
Danışman: PROF. DR. HALUK YÜCEL
Ankara Üniversitesi / Nükleer Bilimler Enstitüsü / Medikal Fizik Ana Bilim Dalı / Sağlık Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering ; Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
Aktif dozimetreler, X-ışını incelemelerinde ve özelde tanısal radyolojide ve radyoterapide çok önemlidir. Gelişen teknolojiyle birlikte plastik sintilatörler yaklaşık su eşdeğeri/doku olmaları nedeniyle medikal dozimetride doz ölçümleri için yeni bir alternatiftir ve özellikle küçük boyutlu olduklarından küçük X-ışını alanı dozimetresi SRS/SBRT uygulamalarında yaygınlaşmaktadır. Diğer yandan diagnostikte halihazırda iyon odaları başat aktif dozimetrelerdir ve bunların radyolojik doz kalibrasyonu, uygun X-ışını donanımlarıyla ISO 4037-1'e göre karakterize edilmiş X-ışın alanlarında hava kerma niceliği (doz) ölçümü esasına göre yapılır. Bu tez çalışmasında, diagnostik radyoloji enerji aralığında referans bir dedektöre (iyon odası) göre, çok küçük hacimli plastik sintilatör (≈0,0024 cm3) esaslı bir Exradin W1 plastik sintilatöre kalibrasyon prosedürü ilk defa uygulanmıştır. Bu amaçla, radyometrik bir bençte kurulu, X-ışın tüp sisteminde 40-150 kVp aralığında ISO dar demet (ISO N) kaliteleri kullanılarak dedektörün doz tepkisi ölçülmüştür. Daha sonra standartlaşmış X-ışın demetleri kullanılarak, küresel ve silindirik iyon odaları ile karşılaştırmalı olarak, 10x10cm2 radyasyon alanında Exradin W1 plastik sintilatör dedektörün, radyolojideki doz tepkilerinin enerjiye bağımlılığı hakkında deneysel bulgular elde edilmiştir. 

Exradin W1 plastik sintilatör dedektörün diagnostik enerji aralığında doz tepkisinin lineer olmadığı ve doz değerlerinin küresel ve silindirik iyon odalarına göre 110-115 kat daha düşük doz değeri verdiği gözlenmiştir, PSD'lerin radyolojik enerji aralığında sintilasyon kaybı nedeniyle lineer doz tepkisi vermediği değerlendirilmekle birlikte, fiber optik kabloda meydana gelen Cherenkov arkaplan etkisi ve özellikle kullanılan çok küçük hacimli sintilatörün radyolojik incelemelerdeki doz hassasiyetlerinin (nC/Gy veya pA/Gy) oldukça düşük olduğu yargısına varılmıştır. Bu tür PSD dedektörlerinin, radyoloji aralığında kullanılabilmesi için özellikle nispeten yüksek atom numaralı elementlerle katkılanarak daha büyük boyutlu üretilerek kullanılmasıyla bu sorunun çözüleceği düşünülmektedir.

Bu tez çalışması, TÜBİTAK 121F405 kodlu "Antropomorfik Baş-Boyun Fantomu Geliştirilmesi ve Radyoloji ve Eksternal Radyoterapi Sistemlerinde Kullanım için Doz Dağılımlarının Plastik Sintilatör Dozimetre (PSD) ve Radyokromik Film Dozimetre (RFD) Teknikleriyle İncelenmesi" başlıklı proje tarafından desteklenmiştir.

Abstract:
The active dosimeters are very important in X-ray examinations, particularly in radiology and radiotherapy.  Since plastic scintillators are water/tissue equivalent, they are a new alternative to conventional ion chambers  for medical purpose dose measurements. In parallel to technology development and especially a small sized construction they are becoming widespread in small field X-ray field dosimetry in SRS/SBRT applications. On the other hand, ion chambers are currently the dominantly used dosimeters and their radiological dose calibration is based on air kerma quantity (dose) measurement in the X-ray fields characterized by ISO 4037-1 with  the use of appropriate X-ray equipments. In this thesis, the calibration procedure is applied to an Exradin W1 plastic scintillator detector (PSD) with a very small volume (1 mm diameter x 3 mm length) for the first time. For this purpose, the dose responce of the PSD is measured by using ISO narrow beam qualities (ISO N) qualities in the range of 40-150 kVp in a X-ray tube system, installed on a radiometric bench. The experimental findings about the energy dependence of dose responses in radiology in a 10x10 cm2 field area are obtained for Exradin W1 PSD by using the standardized X-ray beams in comparison with those responses of a spherical- and a cylindrical ion chambers, respectively. It is found that the dose response of Exradin W1 PSD in the range of diagnostic energy range behaves non-linearly and it gives 110-115 times lower doses than those results of a spherical and cylindrical ion chambers. It is concluded that any PSD does not give a linear response in radiologic energy range due to its scintillation light loss, Cherenkov radiation effect produced in the fiber optic cable. This is observed especially in very dose sensitivities (nC/Gy veya pA/Gy) due its very small volume of scintillator for radiological examinations.
This thesis is fully supported by 121F405 coded TÜBİTAK Project titled "Development of an anthropomorphic head & neck phantom for treatment planning system quality assurance of radiological x-ray units and external radiotherapy systems, and investigation of dose distributions in phantom by using plastic scintillator dosimetry (PSD) and radiochromic film dosimetry (RFD).