Gereç ve Yöntem: Bu çalışmada küçük alan dozimetresi için Edge dedektör ve pinpoint iyon odası kullanımıştır. Varian marka Clinac İX model Lineer hızlandırıcı cihazında, 6 MV foton ışınında Sun Nuclear marka su fantomunda 2x2 cm2, 3x3 cm2, 4x4 cm² alan boyutlarında 1,5 cm derinliğinde yüzde derin doz (PDD) ve aynı alan boyutlarında 5 cm derinlikte cross-plane (x ekseni) ve in-plane (y ekseni) profil ölçümleri alınmıştır. Edge dedektör ve pinpoint dedektör kullanılarak yapılan bu ölçümlerde PDD dozimetrik alan boyutu ve %20-%80 ile %10-%90 penumbra genişlikleri incelenmiştir.

Bulgular: Her iki dedektörün küçük alanlardaki dozimetrik performansları birbirine yakın yanıtlar vermiştir. Edge dedektörün 2x2 cm² alanda ölçülen dozimetrik alan boyutu yanıtının gerçek alan boyutundaki değerine daha yakın çıktığı ve tüm alanlarda daha dar bir penumbraya sahip olduğu görülmüştür.

Sonuç: Her iki dedektörün küçük alan dozimetresinde kullanımının uygun olabileceği ancak Edge dedektörünün hassas hacminin küçük olması nedeniyle küçük alanlarda özellikle penumbra bölgesinde dik doz gradyanına verdiği yanıtın daha iyi olduğu görülmüştür.

Tedavi planlama algoritmaları, genellikle en küçük alan boyutu olarak 5x5 cm2’yi kullanmaktadır fakat farklı tedavi yöntemlerinin (SRS/SRT, SBRT) gelişmesi ile 5x5 cm2’den küçük alanlara da radyoterapi uygulanması yaygınlaşmış ve “Küçük Alan” tanımının yapılması ile ölçüm datalarının tedavi planlama sistemine aktarılması gerekmiştir. Alan boyutlarının, 3x3 cm2 veya daha küçük olması halinde ise doz ölçüm ve hesaplamaları dikkat gerektirmektedir ^3,4.

Küçük radyasyon alanlarının fiziği büyük radyasyon alanlarından oldukça farklıdır ⁵. Aynı zamanda ölçüm sonuçlarının doğruluğu kullanılan radyasyon dedektörlerinin verdiği cevaba duyarlıdır. Küçük alan fiziğindeki dozimetrik zorluklar; yüklü parçacık dengesinin olmaması, kısmi kaynak tıkanıklığı, doz ortalaması alma etkileri ve dedektörün geometrik olarak yanlış yerleştirilmesi gibi sorunlar içermektedir ⁶. Küçük alanlarda yapılan doz ölçümlerinde karşılaşılacak bu tip belirsizlikler nedeniyle kullanılacak olan detektörlerin seçimi önem kazanmaktadır. Özellikle alan boyutunun ölçüm sonuçlarına etkisi göz önünde bulundurulduğunda, küçük alan dozimetresinde ölçüm belirsizliklerini giderebilmek için uygun dedektör seçimine dikkat edilmelidir ⁷. Büyük hacimli standart dedektörler geniş yarı gölge (penumbra) bölgeleri ile ilgilenirken oradan aldıkları sinyalleri değerlendirir ancak dik doz gradyan bölgesine sahip küçük ışınları ölçmek ve devreye almak zordur. Genellikle büyük hacimli dedektörler penumbra bölgesini genişletirken küçük hacimli dedektörler daha gürültülü sinyaller üretir. Bu nedenle küçük alanların ölçümünde kullanılacak dedektörlerin dozimetrik ölçümlerinin analiz edilmesi önemlidir ⁸.

Küçük alanların radyoterapi tedavilerinde yer alması ile birlikte küçük alan ölçümlerinde kullanılması uygun detektörlere yönelik çalışmalar da artmıştır. Özellikle dedektörlerin dozimetrik değişkenlere bağlı verdikleri yanıtları karşılaştıran çalışmalar vardır. Bucciolini ve arkadaşları altın dedektör, silikon tipi diyot dedektör ve iyon odası dedektörü kullanarak farklı alan boyutlarında karşılaştırma yapmış ve altın dedektörün silikon tipi dedektör ve iyon odası dedektörüne kıyasla yüksek çözünürlüğe sahip olması nedeniyle daha uygun olduğunu ifade etmişlerdir ⁹. Parwaie ve ark. ¹⁰’nın yapmış oldukları çalışmada ise farklı dedektörler kullanılarak dedektörlerin küçük alanlardaki performansları karşılaştırılmış ve hiç birinin tek başına küçük alanları karakterize etmeye yeterli olmayacağı ve küçük alanlarda yapılan ölçümlerde farklı iki dedektör kullanmanın doğruluk payını artıracağı görüşünü ifade etmişlerdir.

Bu çalışmada kliniklerde küçük alan dozimetresi ölçümlerinde genel olarak kullanılan Edge tipi diyot dedektör ve Pinpoint iyon odası dedektörünün yüzde derin doz (PDD), ışın profili ve penumbra gibi temel dozimetrik parametrelere bağlı verdikleri yanıtlar karşılaştırılarak değerlendirilmiştir.

Lineer Hızlandırıcı Cihazı: İyon odasında yapılan tüm ölçümler Clinac IX marka lineer hızlandırıcı cihazında 6 MV foton enerjisinde yapılmıştır. Lineer hızlandırıcı cihazında kaynak cilt mesafesi (SSD) 100 cm olup, 60 adet 0.5 cm, 60 adet 1 cm olmak üzere toplam 120 adet çok yapraklı kolimatöre (ÇYK) sahiptir (Şekil 1).

Büyütmek İçin Tıklayın

Şekil 1: Clinac IX lineer hızlandırıcı cihazı

3D Su Fantomu: Sun Nuclear marka 3 boyutlu (3D) tarayıcı özelliğine sahip su fantomu, su üzerindeki dedektör konumunu otomatik olarak ayarlar. Silindirik şekli nedeni ile 65 cm bir tarama alanına sahiptir. SSD (Skin Source Distance) 100 cm’de iken 30 cm derinlikte 40x40 cm2 alanının tamamını tarama olanağı sağlar. Silindirik su tankı, taşıma lifti, tarama motorları ve yazılım sisteminden oluşur (Şekil 2).

Büyütmek İçin Tıklayın

Şekil 2: Sun Nuclear marka 3D su fantomu

Edge Dedektör: Edge dedektör (model 118 Edge, Sun Nuclear Corporation, Melbourne, USA) hassas 3 boyutlu dozimetre için kullanılan küçük alan detektörüdür (Şekil 3).

Büyütmek İçin Tıklayın

Şekil 3: SNC Edge dedektör

Su geçirmez ve oldukça hassas olan bu dedektör tüm su fantomları ile uyumludur. Aktif hacmi oldukça küçük (0,019 mm³) olan bu dedektör SRS, SBRT gibi küçük alan tedavilerinin dozimetresinde kullanılabilir (Tablo 1).

Büyütmek İçin Tıklayın

Tablo 1: SNC marka Edge dedektörün özellikleri

Pinpoint Dedektör: PTW marka 310015, yalnızca 0,03 cm³ hacminde ve 2,9 mm çapındaki havalandırmalı hassas hacimlere sahip küçük boyutlu silindirik iyon odaları Image-Guided Radiotherapy (IGRT), IMRT ve stereotaktik ışınlar gibi küçük alanlarda doz ölçümleri için kullanımı idealdir. (Şekil 4).

Büyütmek İçin Tıklayın

Şekil 4: PTW marka Pinpoint 310015

Oda eksenine dik taramalar için kullanıldığında çok yüksek uzaysal çözünürlüğe sahiptir. 2x2 cm²’den 30x30 cm²’ye kadar olan alan boyutları için uygundur (Tablo 2)

Büyütmek İçin Tıklayın

Tablo 2: Pinpoint dedektörün özellikleri

. Ölçümler: Dozimetrik ölçümlere başlanmadan 15-20 dk önce, dedektörler elektronik dengenin sağlanması amacıyla Lineer hızlandırıcı odasına getirilmiştir. Su fantomu ölçümleri alınmadan önce Lineer hızlandırıcı cihazının eş merkez kontrolü ve sağ, sol, sagital lazer kontrolü yapılmıştır. Cihazın çıkış dozu için sıcaklık 22,3 ºC ve 901,2 hPac basınç değerinde, 1 cantigray (cGy) 1 monitör unit (MU) olacak şekilde kalibrasyonu yapılmıştır. Su fantomu ölçümlerinin tamamı Sun Nuclear 3D su fantomunda SNC dozimetri ölçüm programında alınmıştır. Ölçümlerin tamamında 6 MV foton kullanılmıştır. Edge dedektör ve Pinpoint dedektörün aşağıdaki dozimetrik değişkenlere bağlı yanıtları incelenmiştir.

1. Yüzde derin doz (PDD)’a bağlı yanıtın incelenmesinde; 2x2 cm2, 3x3 cm2 ve 4x4 cm² alan boyutlarında 0,5 cm-30 cm aralığındaki derinlikte su fantomunda ölçümler alınmıştır. Yüzey gerilimini önlemek için dedektörler su tankının alt kısmından ışın ekseni boyunca dikey yönde hareket ettirilmiştir.

2. Işın profili (In-plane, cross-plane)’ne bağlı yanıtın incelenmesinde Edge dedektör ve Pinpoint dedektörlerin her ikisi için de 2x2 cm², 3x3 cm² ve 4x4 cm² alan boyutlarında su fantomunda 5 cm derinlikte in-plane ve cross-plane ölçümleri alınarak dozimetrik alan boyutu ve penumbra genişliğine bakılmıştır.

a) Dozimetrik alan boyutuna bağlı yanıtın incelenmesinde, 2x2 cm2, 3x3 cm² ve 4x4 cm² alan boyutlarında su fantomunda 5 cm derinlikte dedektörler kullanılarak profil ölçümleri alınmıştır. Ölçüm sonuçlarında %50’lik izodoz seviyeleri arasındaki mesafe ölçülerek tam genişlik yarı maksimumunda (FWHM) dedektörlerin dozimetrik alan boyutları karşılaştırılmıştır.

b) Penumbra yanıtının incelenmesinde ise 2x2 cm², 3x3 cm² ve 4x4 cm² alan boyutlarında 5 cm derinlikte su fantomunda dedektörler ile profil ölçümleri alınmıştır. %20 ve %80 ile %10 ve %90’lık izodoz eğrileri arasındaki mesafeler ölçülerek dedektörlerin penumbra yanıtları karşılaştırılmıştır.

Büyütmek İçin Tıklayın

Şekil 5: 6 MV foton enerjisinde farklı alan boyutlarına Edge ve Pinpoint detektöre ait PDD eğrileri. (a) 2x2 cm2, (b) 3x3 cm2, (c) 4x4 cm2

Penumbra ve Alan Boyutu (FWHM): 6 MV foton ışınında, su fantomunun 5 cm derinliğinde, 2x2 cm², 3x3 cm² ve 4x4 cm² alan boyutlarında her iki detektörün in-plane ve cross-plane doz profillerini göstermektedir (Şekil 6) In-plane ve cross-plane ışın profillerinden elde edilen verilere göre detektörlere ait penumbra genişlikleri Tablo 3’te verildiği gibidir. Işın profilleri incelendiğine dedektörlerin hassas volümleri ve dedektör tipine bağlı değişikliklerin profiller üzerinde etkisi olduğu görülmüştür. Özellikle Edge detektörün profil datalarına bakıldığında penumbra genişliğinin Pinpoint detektöre göre daha dar olduğu bulunmuştur. %10-%90 izodoz eğrilerinde Edge ve Pinpoint dedektörünün penumbra genişliklerindeki fark daha belirgin olup %25 kadar çıkarken, %20-%80 aralığında ise penumbra genişliğindeki fark %8 kadar çıkmaktadır. Penumbra genişliklerinin artan alan boyutu ile orantılı bir değişim gösterdiği görülmüştür.

Büyütmek İçin Tıklayın

Şekil 6: 6 MV foton enerjisinde farklı alan boyutlarında Edge ve Pinpoint detektöre ait in-plane ve cross-plane ışın profilleri (a) 2x2 cm2, (b) 3x3 cm2, (c) 4x4 cm2

Profil eğrileri görsel açıdan incelendiğinde ise Edge detektöre ait profil eğrilerinde alan kenarlarının düşey eksende daha dik ve yatay eksende daha geniş olduğu, Pinpoint detektöre ait profil eğrilerinde ise alan kenarlarının düşey eksende daha oval yatay eksende ise daha dar olduğu görülmüştür. Bu farklılık sayısal olarak dozimetrik alan boyutu değerlerine yansımamıştır.

FWHM alan boyutuna bakıldığında ise Edge dedektörün gerçek alan boyutuna daha yakın bir sonuç verdiği gözlenmiştir. Gerçek alan boyutu 1 kabul edilip profil datalarından alınan alan boyutu değerleri normalize edildiğinde her iki dedektör için de alan boyutlarının değişimi maksimum %5 civarında bulunmuştur. 2x2 cm² alanda Pinpoint dedektör gerçek alan boyutuna %9 farkla daha yakın çıkarken, Edge dedektörde bu fark 2x2cm² alanda %5 olarak bulunmuştur. Dedektörlerin her ikisinde de küçük alan boyutunda (2x2 cm²) gerçek alan boyutuna kıyasla fark daha fazla çıkarken, alan boyutu arttıkça bu farkın azaldığı gözlenmiştir (Tablo 3).

Büyütmek İçin Tıklayın

Tablo 3: Edge ve Pinpoint detektöre ait penumbra (%20-%80, %10-%90) genişliği ve FWHM (%50) alan boyutunun 5 cm derinlikte alınan ışın profil değerleri

Çalışmamızda kullanılan Edge dedektör ve Pinpoint dedektörün küçük alanlarda yüzde derin doz (PDD) eğrileri birine benzer çıkmıştır. 2x2 cm2 alanda maksimum doz derinliği Pinpoint dedektörde daha düşük çıkmıştır. Bunun nedeninin Pinpoint dedektörle yapılan ölçümlerde suda meydana gelen dalgalanmaya ve Pinpoint dedektörün su yüzeyinden efektif noktasının ayarlanması kısmındaki set up hassasiyetinin zorluğundan kaynaklanabileceği düşünülmektedir. Edge dedektörün üretici firmasının Pinpoint dedektör ile yapmış olduğu PDD ölçümlerinde Edge dedektörün standart iyon odası ölçümlerine daha benzer sonuçlar verdiğini belirtmişlerdir ¹¹. Bu çalışmada her iki dedektöründe 3x3 cm2 ve 4x4 cm2 alanda dmax derinliğini birbirine yakın bulunurken 2x2 cm2 alanda Edge dedektör ile yapılan ölçümlerin standart iyon odaları ile yapılan ölçüm sonuçlarına daha yakın sonuç verdiği görülmüştür.

Penumbra genişliği için ise %20-%80 aralığında her iki dedektörde de benzer sonuçlar verse de %10-%90 aralığında Edge dedektör daha dar bir penumbraya sahip olduğu sonucu bulunmuştur. Edge dedektörün düşey eksende daha dik profil eğrisine sahip olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Chang ve arkadaşlarının Edge dedektörün dozimetrik karakteristiğini inceledikleri çalışmada bizim çalışmamıza benzer şekilde Edge dedektörün penumbra genişliğinin çalışmada kullanılan diğer dedektör ve iyon odasına kıyasla daha dar bir penumbraya sahip olduğu sonucunu vermişlerdir ⁸. Penumbra bölgesinde, yüksek doz gradyanı nedeniyle ölçülen doz çok önemlidir. Bu nedenle küçük alanlar gibi yüksek gradyan doz bölgelerinde doğru ışın profili elde etmek için yüksek uzaysal çözünürlüklü dedektörlerin kullanılması gerekmektedir. Edge dedektörün uzaysal çözünürlüğünün yüksek olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir.

Dozimetrik alan boyutunu ifade eden FMHW izomerkezde yansıtılan kolimatör ayarına eşittir ve bu nedenle geometrik alan boyutu ile uyumludur. Kolimatör ayarı tarafından tanımlanan alan boyutu izomerkez deriniliğinde ışın profilinin FWHM’sine karşılık gelir ve alan boyutu ayarlamasının doğrulaması olarak kullanılır. Fakat küçük alanlarda ışın çıkışının azalması nedeni ile bu uyum bozulabilir ¹². Dar kolime edilmiş radyasyon alanlarında, standart dozimetrik parametrelerin doğru ve hatasız ölçümü, dedektör hacmi ve alan boyutuna bağlıdır. Küçük alanlar gibi yüksek gradientli doz bölgelerinde, doz değeri dozimetrenin aktif hacmi üzerinde önemli oranda değişir buna hacim ortalaması etkisi denir ¹³. Bu etkinin en aza indirilebilmesi için uygun küçük hacimli uzaysal ayırma gücü yüksek dedektörler kullanılmalıdır ¹⁴. Çünkü küçük alanlarda pertürbasyon etkileri büyük alanlara göre dedektör boyutundan kaynaklanan farklılaşmaya sebep olmaktadır ¹⁵.

Bu çalışmada her iki dedektörün boyutu ve radyasyon alanın boyutları arasında uyumsuzluk olmadığından Edge ve Pinpoint dedektörler ile alınan alan boyutu ölçümleri gerçek alan boyutuna yakın çıkmıştır. Aynı zamanda artan alan boyutu ile birlikte dedektörlerin her ikisininde sonuçları birbirine yakın çıkmıştır. Alan boyutu sonuçlarının birbirlerine yakın çıkması nedeninin, dedektörlerin hassas toplama hacimlerinin birbirine yakın olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Her iki dedektör arasında en büyük fark 2x2 cm2 alan boyutunda olmuştur (%9). 2x2 cm2 gerçek alan boyutuna en yakın sonuç Edge dedektörde çıkmıştır. İki dedektör arasındaki fark ve gerçek alan boyutu arasındaki bu farkın hacim ortalaması etkisinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Chang ve arkadaşlarının da Edge dedektör ile yapmış oldukları çalışmada üç farklı dedektör sistemi karşılaştırılmış ve gerçek alan boyutuna en yakın sonucun Edge dedektöre ait olduğunu belirtmişlerdir ⁸.

Sonuç olarak, küçük alan dozimetresi için uygun dedektör seçimi oldukça önemlidir. Çünkü büyük hacimli iyon odalarının küçük alanların ölçümü için yeterli olmadığı ve alan boyutu küçüldükçe eksik doz ölçtüğü görülmüştür. Bu nedenle, Edge detektör ve Pinpoint dedektörün her ikisinin de dar foton ışınlarının dozimetresinde ve kalite güvencesinde (QA) kullanıma uygun olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ancak iki dedektör kıyaslandığında, Edge dedektörün performansının penumbra ve dozimetrik alan boyutu ölçüm yanıtlarında daha iyi olduğundan küçük alan dozimetresinde kullanımının önerilebilir olduğu söylenebilir.

1) Westermark M, Arndt J, Nilsson B, Brahme A. Comparative dosimetry in narrow high-energy photon beams. Phys Med Biol 2000; 45: 685-702.

2) Ma L, Wang L, Tseng, CL, Sahgal, A. Emerging technologies in stereotactic body radiotherapy. Chinese Clinical Oncology 2017; 6 (2): 1-9.

3) Bagheri H, Soleimani A, Gharehaghaji N, et al. An overview on small-field dosimetry in photon beam radiotherapy: Developments and challenges. Journal of Cancer Research and Therapeutics 2017: 13; 175-185.

4) Scott AJ, Nahum AE, Fenwick JD. Using a Monte Carlo model to predict dosimetric properties of small radiotherapy photon fields. Med Phys 2008; 35: 4671-4684.

5) Nahum AE. Perturbation effects in dosimetry: Part I. Kilovoltage x-rays and electrons. Phys Med Biol 1996; 41: 1531-1580.

6) Sharpe MB, Jaffray DA, Battista JJ, Munro P. Extrafocal radiation: A unified approach to the prediction of beam penumbra and output factors for megavoltage x-ray beams. Med Phys 1995; 22: 2065-2074.

7) Atasoy, İA. Küçük Alanlı Tedavi Planlarının Dozimetrik Karşılaştırması. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul: Acıbadem Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü Radyasyon Onkolojisi Ana Bilim Dalı, 2013.

8) Chang KH, Lee BR, Kim YH, et al. Dosimetric characteristics of Edge detectorTM in small beam dosimetry. Progress in Medical Physics 2009; 20: 191-198.

9) Bucciolini M, Buonamici FB, Mazzocchi S, et al. Diamond detector versus silicon diode and ion chamber in photon beams of different energy and field size. Med Phys 2003; 30: 2149-2154.

10) Parwaie W, Refahi S, Ardekani MA, Farhood B. Different dosimeters/detectors used in small-field dosimetry: Pros and cons. Journal of Medical Signals and Sensors 2018; 8: 195-203.

11) Sun Nuclear 118 Model SNC Edge Dedector User’s Guide. Melbourne, USA. 10 Nov 2014.

12) Technical Reports Series No. 483 Dosimetry of Small Static Fields Used in External Beam Radiotherapy. 2017; 978-92-0-105916-1; 211.

13) Bouchard H, Seuntjens J. Ionization chamber-based reference dosimetry of intensity modulated radiation beams. Med Phys 2004; 31: 2454-2465.

14) Küçük GM. Yoğunluk Ayarlı Radyoterapinin Uygulandığı Lineer Hızlandırıcıların Kalite Temininde Kullanılan Dozimetrik Sistemler. Yüksek Lisans Tezi, Ankara: Ankara Üniversitesi Nükleer Bilimler Enstitüsü Medikal Fizik Ana Bilim Dalı, 2011.

15) Gül T. Küçük Alanların Dozimetrik Parametrelerinin Gafkromik Film ile Ölçülmesi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul: İstanbul Medipol Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü, 2020.