Prostat radyoterapisinde organ dozlarının görüntüsel bir vücut modeli kullanılarak Monte Carlo yöntemiyle hesaplanması / Calculation of organ doses in prostate radiotherapy using an image-based body model and the Monte Carlo technique

Abstract

Radyoterapi uygulamalarında, önceden hastalıklı olarak tanımlanmış bir doku hacmi radyasyon dozuna maruz bırakılırken, aynı esnada hastanın hayati açıdan risk taşıyan diğer organlarının ne kadar doz aldıklarının bilinmesi, radyasyon riskinin analizi açısından büyük önem taşır. Bu tür sağlık fiziği uygulamalarında doz tayini, genel olarak belirli organ ve dokularda biriken doz miktarının ölçülmesiyle yapılır. Ancak tedavi sırasında hasta vücudunun farklı organ ve dokularında birikecek radyasyon dozunun ölçülmesi pratikte zor ya da imkansız olup, genellikle vücut modelleri kullanılarak simülasyon adı verilen bilgisayar ortamında yapılan hesaplamalarla ölçülür. Bu tür simülasyonlarda genelde gerçek insan anatomisi özelliklerine sahip vücut modelleri kullanılarak yardımcı bir bilgisayar programı ile hesaplamalar yapılır. Monte Carlo Yöntemi, genellikle bir olayı veya deneyi çeşitli istatistik teknikler kullanarak sayısal olarak betimlemeye çalışan bir modelleme tekniğidir. Bu çalışmada bir Monte Carlo programı olan MCNP radyasyon taşıma yazılımı kullanılmıştır. MCNP programında simüle edilecek olay için kullanılacak vücut modeli olarak, bir insanın gerçek anatomisine dayanılarak oluşturulmuş VIP-Man tüm vücut modeli kullanılmıştır. Yapılan simülasyonlarda prostat dokusunda oluştuğu kabul edilen tümör hacmi on üç farklı özellikteki demetle ışınlanmış ve her bir demet özelliği için prostat ile çevresindeki riskli organların ışınlama alanına giren kısımları ile tamamı için bırakılan doz miktarları hesaplanmıştır. Ayrıca her bir demet özelliği için hedef organ hacmine bırakılmak istenen dozun hesaplanmasında önemli parametreler olan derin doz yüzdesi ile ışınlama merkezinden uzaklaştıkça çevre dokularda bırakılan doz miktarının değişimini veren yanal doz değerlerinin değişimi incelenmiştir. İncelenen tüm durumlar arasında en yüksek prostat dozunun yüksek enerji, dar demet ve önden ışınlama geometrilerinde oluştuğu gözlenmiştir. Yüksek foton enerjilerinde demet daha girici hale geldiğinden, vücuttaki sığ organların daha düşük dozlar kaydettiği, buna karşılık derin organların yüksek dozlara maruz kaldığı belirlenmiştir. Farklı projeksiyonlar altında yapılan ışınlamalarda bir organın aldığı dozun demete göre konumu ile yakından ilgili olduğu görülmüştür. Demet alanının organ dozlarına etkisi incelendiğinde ise dar demet geometrilerinin daha yüksek doz bırakımına sebep olduğu gözlenmiştir. In radiotherapy applications, the aim is to give the necessary dose to a pre-determined tumor volume while staying below the tolerance levels of the organs that are in the irradiation area. For this reason, knowing how much dose is received by each organ at risk is significant for radiation risk analysis. In this type of health physics applications, dose determination is generally carried out by measuring the doses absorbed by certain organs and tissues. However, measuring these quantities is practically difficult or impossible and therefore computer simulations and body models are necessary tools. The body model is based on a realistic human anatomy and the calculations are performed by computer programs. Monte Carlo method usually treats an event or an experiment by utilizing various statistical techniques to imitate numerically. In this study, a Monte Carlo software package MCNP was used as the radiation transport code and a whole-body model VIP-Man was used to represent the human body. In this study, a tumor was assumed to have developed in prostate and theis organ was irradiated under thirteen different conditions. For each beam characteristic, absorbed doses for prostate and the neighboring organs were calculated for parts of the organs that is in and out of the beam area. In addition, the effect of the spectrum, projection angle and the area of the photon beam were analyzed as well as deep dose percentages and off-axis doses. Among all the irradiation situations, the maximum prostate dose was obtained under high energy, narrow beam and front irradiation geometry. Since the high energy photons are more penetrating, the shallow organs in body record lower doses, as opposed to deep organs being exposed to higher doses. Under different projections, it was observed that the dose received by an organ is closely related with its position relative to the beam. In evaluating the effect of beam area on organ doses, narrow beam geometries were shown to result in higher organ doses.