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

Radyoterapide;Radyoterapide; Hedef organ Hedef organ →→ maksimum doz maksimum doz

Diğer normal organlar Diğer normal organlar →→ minimum doz minimum doz

↓↓

Metot ve teknik geliştirmeMetot ve teknik geliştirme

Modern radyoterapi teknikleriModern radyoterapi teknikleri

1.1. Dıştan elektron ve foton demeti Dıştan elektron ve foton demeti radyoterapisiradyoterapisi

2.2. Proton ve ağır iyon radyoterapisiProton ve ağır iyon radyoterapisi

3.3. BrakiterapiBrakiterapi

4.4. Boron nötron yakalama radyoterapisiBoron nötron yakalama radyoterapisi

Doz HızıDoz Hızı Doz hızının belli Doz hızının belli noktadaki sayısal değerinoktadaki sayısal değeri

LDR: Düşük Doz LDR: Düşük Doz HızıHızı

0.4-2 Gy/saat0.4-2 Gy/saat

MDR: Orta Doz MDR: Orta Doz HızıHızı

2-12 Gy/saat2-12 Gy/saat

HDR: Yüksek Doz HDR: Yüksek Doz HızıHızı

>12Gy/saat>12Gy/saat

Brakiterapi tedavisinin doz hızına göre sınıflandırılması

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 ÖzellikleriBazı Fantom Malzemelerinin Fiziksel Özellikleri

MalzemeMalzeme Kimyasal KomposiyonKimyasal Komposiyon YoğunluYoğunlukk (g/cm(g/cm33))

Elektron Elektron sayısı/g sayısı/g (x10(x102323))

ZeffZeff

SuSu HH22OO 11 3.343.34 7.427.42

PolystyrenePolystyrene (C(C88HH88))nn 1.03-1.03-1.051.05

3.243.24 5.695.69

Plexiglas(PerPlexiglas(Perspex, Lucite)spex, Lucite)

(C(C55OO22HH88))nn 1.16-1.16-1.201.20

3.243.24 6.486.48

PolyethylenePolyethylene (CH(CH22))nn 0.920.92 3.443.44 6.166.16

ParaffinParaffin CCnnHH2n+22n+2 0.87-0.87-0.910.91

3.443.44 5.425.42

Mix DMix D Paraffin: 60.8Paraffin: 60.8

Polyethylene: 30.4Polyethylene: 30.4

MgO: 6.4MgO: 6.4 0.990.99 3.413.41 7.057.05

TiOTiO22: 2.4: 2.4

M 3M 3 Paraffin: 100Paraffin: 100

MgO: 29.06MgO: 29.06 1.061.06 3.343.34 7.357.35

CaCOCaCO33: 0.94: 0.94

Katı suKatı su Expoxy resinbased Expoxy resinbased mixturemixture

1.001.00 3.343.34 8.118.11

Radyasyon Dozimetreleri

İyonizasyon odası dozimetreleri

Film dozimetresi

Lüminesans dozimetreler

Yarıiletken dozimetreler

Diğer dozimetri sistemleri

TLD lerin Avantajları:TLD lerin Avantajları: Boyut (nokta dedektör)Boyut (nokta dedektör) Doku eşdeğeri Doku eşdeğeri Toplam doz ölçümü Toplam doz ölçümü Kabloya ihtiyaç yokKabloya ihtiyaç yok Yüksek hassasiyetYüksek hassasiyet

TLD lerin radyoterapide başlıca uygulamaları:TLD lerin radyoterapide başlıca uygulamaları: In vivo dozimetriIn vivo dozimetri Fantomlarda tedavi tekniklerinin doğrulanmasıFantomlarda tedavi tekniklerinin doğrulanması Dozimetri denetimleriDozimetri denetimleri Hastaneler arasında karşılaştırmaHastaneler arasında karşılaştırma

Medikal uygulamalarda TLDMedikal uygulamalarda TLD--100 den sonra en çok 100 den sonra en çok kullanılan TLD lerkullanılan TLD ler

LiF:Mg,Cu,P ve LiLiF:Mg,Cu,P ve Li22BB44OO77:Mn :Mn →→ doku eşdeğerlilikleri doku eşdeğerlilikleri CaSOCaSO44:Dy, Al:Dy, Al22OO33:C ve CaF:C ve CaF22:Mn :Mn → y→ yüksek hassasiyetüksek hassasiyet

• Çubuk• Bant

TLD formları

• Toz• Çip

Bazı Fosforların KarakteristikleriBazı Fosforların Karakteristikleri

FosforFosfor LiFLiF Li2BLi2BOO77:M:Mnn

CaFCaF22:Mn:Mn CaFCaF22:nat:nat CaSOCaSO44:Mn:Mn

YoğunlukYoğunluk (g/cc) (g/cc) 2.642.64 2.32.3 3.183.18 3.183.18 2.612.61

EEtkintkin atom no. atom no. 8.28.2 7.47.4 16.316.3 16.316.3 15.315.3

TL emisTL emisyyon spectra (Angsrom)on spectra (Angsrom)

AralıkAralık 3500-3500-60006000

5300-5300-63006300

4400-4400-60006000

3500-3500-50005000

4500-4500-60006000

MaMaksksimumimum 40004000 60506050 50005000 38003800 50005000

Ana Ana TLTL ışıma ışıma eğrisinin eğrisinin sıcaklığı (sıcaklığı (ooC)C)

195195 200200 260260 260260 110110

Cobalt-60 a gCobalt-60 a göre öre verimverim

1.01.0 0.30.3 33 2323 7070

Işıma eğrisinin altında kalan alanIşıma eğrisinin altında kalan alan doz

kalibrasyon

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.

Kalibrasyon dozimetreleri Alan Dozimetreleri

Dozimetre Popülasyonunu

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.

d =2 cm

=60°

=45° =30°

r =15 cm

=0°

= -45°

=90° = -90°

d =2 cm

=60°

=45° =30°

r =15 cm

=0°

= -45°

=90° = -90°

192 Ir HDR kaynağı ile balmumu kaynağının ışınlanması

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.

Uzaklık(cm)\Açı Uzaklık(cm)\Açı (◦)(◦)

9090 6060 4545 3030 00 -45-45 -90-90

11 A1A1 B1B1 C1C1 D1D1 E1E1 F1F1 G1G1

22 A2A2 B2B2 C2C2 D2D2 E2E2 F2F2 G2G2

33 A3A3 B3B3 C3C3 D3D3 E3E3 F3F3 G3G3

55 A5A5 B5B5 C5C5 D5D5 E5E5 F5F5 G5G5

77 A7A7 B7B7 C7C7 D7D7 E7E7 F7F7 G7G7

1010 A1A100

B1B100

C1C100

D1D100

E1E100

F1F100

G1G100

Dozimetrelerin radyal uzaklık ve polar açılara göre kimlikleri.

Işınlamaların ortalamalarından elde edilen doz dağılımı ile Monte Carlo Hesaplamalarının Karşılaştırması

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_

10_

30_

7

e45_

1

e45_

3

e45_

7

e90_

1

e90_

3

e90_

7

Dosimetre_ID

Do

z(G

y)

ortalama_doz

MC

Katı Su Fantomu

45o

e135o 135o

e45o

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

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_

10_

30_

7

e45_

1

e45_

3

e45_

7

e90_

1

e90_

3

e90_

7

dosim_id

do

z(G

y)

DOZ1

DOZ2

1) 997 mm 30cm

2) 1000 mm 30cm

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_

10_

30_

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

do

z(G

y)

DOZ4

DOZ7

4) 1000 mm 10cm

7 ) 1000 mm 10cm (4mm ileride)

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

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_

10_

30_

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

do

z(G

y) DOZ5

DOZ6

DOZ7

5, 6, 7 1000mm (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_

10_

30_

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

do

z(G

y)

DOZ3

DOZ4

3) 1000mm 30cm yükseklik

4)1000mm 10cm yükseklik

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_

10_

30_

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

Do

z(G

y)

DOZ3

DOZ6

3) 1000mm, yükseklik 30cm

6)1000mm, yükseklik 30cm (kateder 4mm ileride)

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

dosim_id

Do

z(G

y) doz_ort_5_6_7

planlanan_doz

Elde edilen Dozların Ortalaması ile Planlanan Dozun Karşılaştırılması

0

1

2

3

4

5

6

7

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_

10_

30_

7

e45_

1

e45_

3

e45_

7

e90_

1

e90_

3

e90_

7

dosim_id

Do

z(G

y) planlanan_doz

MC

Monte Carlo Hesaplaması ile Planlanan Dozun Karşılaştırılması

0

2

4

6

8

10

12

14

16

%fark

Deneysel veriler ile Monte Carlo verileri arasıdaki %Fark

2,684,47

2,554,17

Kateder;997mm’de1000mm’de1_2

45o açıda 1 cm uzaklıkdaki Doz Değerleri (Gy)

5,31

4,96

4,82

5,06

Kateder;1000mm’deKateder pozisyonu 4mm ötelendi.

1,23

1,24

1,20

1,32

Kateder;1000mm’deKateder pozisyonu 4mm ötelendi.

45o açıda 2 cm uzaklıkdaki Doz Değerleri (Gy)

Geometri Hatası < %3,5

5,384,98

Kateder;1000mm’deKateder pozisyonu 4mm ötelendi.

90o açıda ve 1 cm uzaklıkdaki Doz değerleri (Gy)

Kalibrasyon Hatası %3,6

MC_kalınlık

0

1

2

3

4

5

6

90_1

90_2

90_3

90_5

60_1

60_2

60_3

60_5

45_1

45_2

45_3

45_5

30_1

30_2

30_3

30_5 0_

10_

20_

30_

5

e45_

1

e45_

2

e45_

3

e45_

5

e90_

1

e90_

2

e90_

3

e90_

5

Dozimetre_ID

Do

z(G

y) doz10

doz20

doz30

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…