MONTE CARLO VE TLD İLE 192Ir YÜKSEK DOZ KAYNAĞININ DOZİMETRİSİ Melis GÖKÇE kocan_melis@yahoo.com IX. Ulusal Medikal Fizik Kongresi- Antalya 16.11.2007

Hedef organ → maksimum doz Diğer normal organlar → minimum doz ↓ Radyoterapide; Hedef organ → maksimum doz Diğer normal organlar → minimum doz ↓ Metot ve teknik geliştirme

Modern radyoterapi teknikleri Dıştan elektron ve foton demeti radyoterapisi Proton ve ağır iyon radyoterapisi Brakiterapi Boron nötron yakalama radyoterapisi

Brakiterapi tedavisinin doz hızına göre sınıflandırılması Doz hızının belli noktadaki sayısal değeri LDR: Düşük Doz Hızı 0.4-2 Gy/saat MDR: Orta Doz Hızı 2-12 Gy/saat HDR: Yüksek Doz Hızı >12Gy/saat

192Ir HDR (Yüksek Doz Hızı) Kaynağı 192Ir çoğunluğu düşük enerjili olmak üzere, 201-884 keV aralığında ve 360 keV’lik ortalama ile, geniş bir yayımlanma spektrumuna ve yüksek atom numarasına (Z=77) sahiptir.

Bazı Fantom Malzemelerinin Fiziksel Özellikleri Kimyasal Komposiyon Yoğunluk (g/cm3) Elektron sayısı/g (x1023) Zeff Su H2O 1 3.34 7.42 Polystyrene (C8H8)n 1.03-1.05 3.24 5.69 Plexiglas(Perspex, Lucite) (C5O2H8)n 1.16-1.20 6.48 Polyethylene (CH2)n 0.92 3.44 6.16 Paraffin CnH2n+2 0.87-0.91 5.42 Mix D Paraffin: 60.8 Polyethylene: 30.4 MgO: 6.4 0.99 3.41 7.05 TiO2: 2.4 M 3 Paraffin: 100 MgO: 29.06 1.06 7.35 CaCO3: 0.94 Katı su Expoxy resinbased mixture 1.00 8.11

Radyasyon Dozimetreleri İyonizasyon odası dozimetreleri Film dozimetresi Lüminesans dozimetreler Yarıiletken dozimetreler Diğer dozimetri sistemleri

TLD lerin Avantajları: Boyut (nokta dedektör) Doku eşdeğeri Toplam doz ölçümü Kabloya ihtiyaç yok Yüksek hassasiyet TLD lerin radyoterapide başlıca uygulamaları: In vivo dozimetri Fantomlarda tedavi tekniklerinin doğrulanması Dozimetri denetimleri Hastaneler arasında karşılaştırma

Medikal uygulamalarda TLD-100 den sonra en çok kullanılan TLD ler TLD formları Çubuk Bant Toz Çip Medikal uygulamalarda TLD-100 den sonra en çok kullanılan TLD ler LiF:Mg,Cu,P ve Li2B4O7:Mn → doku eşdeğerlilikleri CaSO4:Dy, Al2O3:C ve CaF2:Mn → yüksek hassasiyet

Bazı Fosforların Karakteristikleri LiF Li2BO7:Mn CaF2:Mn CaF2:nat CaSO4:Mn Yoğunluk (g/cc) 2.64 2.3 3.18 2.61 Etkin atom no. 8.2 7.4 16.3 15.3 TL emisyon spectra (Angsrom) Aralık 3500-6000 5300-6300 4400-6000 3500-5000 4500-6000 Maksimum 4000 6050 5000 3800 Ana TL ışıma eğrisinin sıcaklığı (oC) 195 200 260 110 Cobalt-60 a göre verim 1.0 0.3 3 23 70

Absorblanan dozda meydana gelen kayıp. kalibrasyon Işıma eğrisinin altında kalan alan doz Sönümleme: Absorblanan dozda meydana gelen kayıp. LiF:Mg, Ti için, dozimetrik pikin sönümlenmesi ışınlanmadan aylar sonra bile % 1-2’yi geçmez.

LiF:Mg,Ti için TLD okuyucu ile alınan tipik bir ışıma eğrisi Bu malzemenin ışıma eğrisinde oda sıcaklığından 400 0C’ ye kadar en az 10 ışıma piki mevcuttur. Dozimetri çalışmalarında kullanılan ana ışıma piki pik 5 olarak adlandırılır ve 10K s-1ısıtma hızı ile 205 0C civarında ortaya çıkar.

TLD-100 (LiF:Mg,Ti) TLD-100H(LiF:Mg,Cu,P) LiF’ün doz cevap eğrisi 10 Gy’e kadar lineer fakat bundan sonra supralineer olmaya başlar. LiF’ün enerji yanıt eğrisi megavolt enerjilere kadar sabittir.

Kalibrasyon Protokolü Dozimetrenin hassasiyeti birim doz başına TL şiddeti Okuyucunun hassasiyeti birim ışık başına fotoçoğaltıcı tüp tarafından üretilen yük (yada foton sayımı için sayım sayısı) miktarıdır. Dozimetre Popülasyonunu Kalibrasyon dozimetreleri Alan Dozimetreleri

RCF  Okuyucunun TL fotonlarını yüke çevirebilme kabiliyeti arasında bilinen bir ilişki sağlar. RCF nin sayısal değeri okuyucunun koşullarına bağlıdır. RCF nin değerini etkileyen bazı parametreler; Optik bileşenlerin temizliği PM tüpe uygulanan yüksek voltajın kararlılığı Okuma odasında dozimetrenin pozisyonu

Bütün TL materyalleri aynı hassasiyette üretilemeyeceğinden ayrı ayrı hepsine element düzeltme faktörü uygulanır (ECC). ECC yi bulmanın temeli alan dozimetresindeki her bir TL elemanının hassasiyetini kalibrasyon dozimetrelerin hassasiyeti ile ilişkilendirmektir.

TLD Ölçümleri 42 tane Harshaw LiF TLD-100 5 kez ışınlama öncesi ısıl işlem 90Sr-90Yr beta ışınlarına maruz bırakılmıştır. Doğruluğu ±5% olan çubuklar seçilmiş 2 kez ısıl işlem, ışınlama, ışınlama sonrası ısıl işlem

Isıl İşlem Döngüsü (Işınlama öncesi) 400 °C 1 saat 100 °C 2 saat (Işınlama sonrası) 100 °C 10 dakika

192 Ir kaynağı ile su fantomunda kalibrasyon

Hazırlanan Balmumu Fantom Soğrulan doz ölçümleri kalibre edilmiş LiF dozimetreleri (TLD-100) ile balmumu fantom içinde gerçekleştirilmiştir. Balmumunun avantajı doku eşdeğeri olması, ucuz olması ve istenilen geometride yapılabilmesidir.

192 Ir HDR kaynağı ile balmumu kaynağının ışınlanması

Dozimetrelerin radyal uzaklık ve polar açılara göre kimlikleri. TLD leri koymak için koordinat sisteminin orijininden θ=90° – -90° polar açılarda ve r =1, 2, 3, 5, 7 ve 10 cm radyal uzaklıklarda delikler açılmıştır. Dozimetrelerin radyal uzaklık ve polar açılara göre kimlikleri. Uzaklık(cm)\Açı (◦) 90 60 45 30 -45 -90 1 A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 2 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G2 3 A3 B3 C3 D3 E3 F3 G3 5 A5 B5 C5 D5 E5 F5 G5 7 A7 B7 C7 D7 E7 F7 G7 10 A10 B10 C10 D10 E10 F10 G10

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 90_1 90_3 90_7 60_1 60_3 60_7 45_1 45_3 45_7 30_1 30_3 30_7 0_1 0_3 0_7 e45_1 e45_3 e45_7 e90_1 e90_3 e90_7 Dosimetre_ID Doz(Gy) ortalama_doz MC Işınlamaların ortalamalarından elde edilen doz dağılımı ile Monte Carlo Hesaplamalarının Karşılaştırması

Katı Su Fantomu 45o e135o 135o e45o

1) 997 mm 30cm 2) 1000 mm 30cm

4) 1000 mm 10cm 7 ) 1000 mm 10cm (4mm ileride)

5, 6, 7 1000mm (Kateder 4mm ileride)

3) 1000mm 30cm yükseklik 4)1000mm 10cm yükseklik

6)1000mm, yükseklik 30cm (kateder 4mm ileride) 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 90_1 90_3 90_7 60_1 60_3 60_7 45_1 45_3 45_7 30_1 30_3 30_7 0_1 0_3 0_7 e45_1 e45_3 e45_7 e90_1 e90_3 e90_7 135_1 135_3 135_7 e135_1 e135_3 e135_7 dosim_id Doz(Gy) DOZ3 DOZ6 3) 1000mm, yükseklik 30cm 6)1000mm, yükseklik 30cm (kateder 4mm ileride)

Elde edilen Dozların Ortalaması ile Planlanan Dozun Karşılaştırılması

Monte Carlo Hesaplaması ile Planlanan Dozun Karşılaştırılması

Deneysel veriler ile Monte Carlo verileri arasıdaki %Fark

45o açıda 1 cm uzaklıkdaki Doz Değerleri (Gy) 2,55 4,17 2,68 4,47 Kateder; 997mm’de 1000mm’de 1_2 4,82 5,31 Kateder; 1000mm’de Kateder pozisyonu 4mm ötelendi. 5,06 4,96

45o açıda 2 cm uzaklıkdaki Doz Değerleri (Gy) 1,23 1,24 1,32 Kateder; 1000mm’de Kateder pozisyonu 4mm ötelendi. 1,20 Geometri Hatası < %3,5

90o açıda ve 1 cm uzaklıkdaki Doz değerleri (Gy) Kateder; 1000mm’de Kateder pozisyonu 4mm ötelendi. 4,98 5,38 Kalibrasyon Hatası %3,6

10, 20 ve 30 cm kalınlıklar için MC ile doz dağılımları

Kaynakça [1] Radiation Oncology Physics, E. B. Podgorsak, IAEA, Vienna-Austria, 2005. [2] P. Karaiskos, et al. (1998) Med. Phys., 25, 10, 1975. [3] Y. Watanabe et al. (1998) Med. Phys., 25, 5, 736. [4] G. Anagnostopoulos et al. (2002) Med. Phys., 29, 5, 709. [5] J.F. Williamson and A. S. Meigooni, Chapter 5, Brachytherapy Physics, 95(AAPM Summer School, 1994) [6] A. S. Pradhan et al. (2000) Med. Phys., 27, 5, 1025. [7] A. S. Meigooni et al. (1988) Phys.Med. Biol. 33, 1159. [8] M. Moscovitch et al. (1999) Radiat. Prot. Dosim., 85, 1-4, 49.

Teşekkürler…