TURKISH JOURNAL OF ONCOLOGY

Summary

AMAÇ
Farklı ikincil kolimatör sistemine sahip iki lineer hızlandırıcıdan, birbirlerine yakın enerji seviyelerinde elde edilen elektron ışın demetlerinin derin doz dağılımları belirlendi ve farklı kolimasyon sistemlerinin doz dağılımı üzerindeki etkisi araştırıldı.

GEREÇ VE YÖNTEM
Çalışma, Saturne-42 (trimmer) ve Oncor (konüs) lineer hızlandırıcılarında yapıldı. Yüzde derin doz dağılımları, paralelplan iyon odası ve katı fantom kullanılarak sabit kaynak cilt mesafesinde elde edildi.

BULGULAR
Her iki cihazda nominal enerjileri (9-12 MeV) ve fantom yüyeyindeki ortalama enerjileri (8,1-10,8 MeV) aynı olan, elektron ışın demetlerinin, derin doz dağılımlarının, birbiriyle aynı olmadığı görüldü. Fantom yüzeyindeki ortalama enerjiler arasındaki fark arttıkça, derin doz eğrileri arasındaki farklılıklar artmakta idi.

SONUÇ
Bu çalışmada, iki cihazın nominal enerjilerinin aynı olması durumunda bile derin doz parametrelerinin farklı olabileceği görülmüştür. Eğer farklar kabul edilebilir sınırlar içinde değil ise tedavide farklı cihazlar bir birlerinin yerine kullanılmamalıdır.

Summary

Introduction

Elektron ışın demetleri cilt ve cilt yüzeyinden yaklaşık 5 cm derinliğe kadar olan tümörlerin tedavisinde kullanılmaktadır. Elektron ışınlarının radyoterapide kullanılmasının en önemli nedeni, derin doz dağılımlarının şekli ve göreceli olarak yüksek yüzey dozudur. Klinikte elektron ışınlarının derin doz parametrelerinin bilinmesi doğru enerjinin seçilmesi açısından önemlidir.[1,2] Yüksek enerjilerde bu dağılım, ilk milimetrelerde geniş bir plato çizer ve bunu hızlı bir düşüşle Bremsstrahlung kuyruğu izler.[3] Düşük enerjilerde bu özellik ışınlanacak hacmin arkasında uzanan sağlıklı dokuları koruyarak subdermal tümörlerin ışınlanmasına olanak sağlar. Kliniklerde elektron ışınları, dudak ve cilt kanserlerinde, meme kanserinde göğüs duvarının ışınlanmasında, lenf nodüllerinin ek tedavisinde, tümör yatağının ek tedavisinde ve intraoperatif tedavilerde kullanılmaktadır.[4-7] Tedavi amaçlı kullanılan elektron enerjileri 4-20 MeV'dir.[8]

Elektron ışın alanlarının klinikte kabul edilebilir homojen doz dağılımına sahip olabilmeleri için ışın saçıcıların ve kolimasyonların uygun tasarlanması gerekir. Temel olarak, birincil kolimatör kayna ğı kapar ve maksimum alan büyüklüğünü belirler. İkincil kolimatör (trimmer veya konüs) hastanın gerçek tedavi alanını belirler.[9,10] Hasta tedavi alanları, farklı cihazlarda, alan açıklığı ayarlanabilen trimmer bar ve farklı alan büyüklüklerinden oluşan konüs serileri kullanılarak oluşturulabilir. İkincil kolimatörlerdeki tasarım farklılıkları doz parametrelerini etkileyebilmektedir.

Bu çalışmada, farklı ikincil kolimatör sistemine sahip iki lineer hızlandırıcıdan birbirlerine yakın enerji seviyelerinde elde edilen elektron ışın demetlerinin derin doz dağılımları belirlendi ve farklı kolimasyon sistemlerinin doz dağılımı üzerindeki etkisi araştırıldı.

Introduction

Methods

Çalışma, Saturne-42 (GE-MS, Buc, Fransa) ve Oncor (Siemens Medical Solution, ABD) lineer hızlandırıcı cihazlarında yapıldı. Oncor cihazı 6 ve 18 MV'lik foton ile 6, 7, 9, 12, 15 ve 18 MeV nominal enerji (NE) seviyelerinde elektron demetleri üreten bir lineer hızlandırıcıdır. Cihaz çok yapraklı (multileaf) kolimatör sistemine sahiptir. Çoklu yapraklar alt kolimatöre (X₁, X₂) yerleştirilmiştir ve 82 adettir. Yaprak genişliği izomerkezde 1 cm'dir. Üst kolimatör (Y₁, Y₂) sistemi bağımsız hareket edebilen çenelerden oluşmuştur. Elektron ışını uygulamalarında, r=5 cm, 10x10 cm², 15x15 cm², 20x20 cm² ve 25x25 cm²'lik standart alanlı konüsler kullanılır. Konüsler lineer hızlandırıcıya yerleştirildiğinde kolimatör çeneleri otomatik olarak sabit pozisyona gelir. Target konüs mesafesi 95 cm'dir. Standart elektron ışınlamaları için kaynak cilt mesafesi (KCM) 100 cm'dir. Tedavi sırasında hasta ile konüs arasında 5 cm hava boşluğu vardır. Saturne-42 cihazı ise 6 ve 15 MV foton ile 4,5, 6, 7,5, 9, 12, 15, 18 ve 21 MeV NE seviyelerinde elektron demetlerine sahip bir lineer hızlandırıcıdır. Kolimatör yapısında, simetrik ve asimetrik hareket edebilen (X₁, X₂) ve yalnız simetrik hareket edebilen (Y₁, Y₂) çeneleri mevcuttur. Elektron ışını uygulamalarında, 100 cm KCM'de 2x2 cm²'den 30x30 cm²'ye kadar açılabilen trimmerler kullanılır. Ta rget trimmer mesafesi 90 cm'dir. Tedavi sırasında hasta ile trimmer arasında 10 cm hava boşluğu vardır.

Fantom olarak RW-3 (PTW, Feiburg, Almanya) katı su fantomu kullanıldı. RW-3 katı su fantomu yüksek enerjili radyasyon dozimetrisinde kullanılan, beyaz polystyrene'den yapılmış, %2 TiO içeren, fiziksel yoğunluğu 1,045 g/cm³, elektron yoğunluğu 3,43x10²³ e/cm³ olan bir fantom materyalidir. ⁶⁰Co'dan 20 MV foton ile 4 MeV'den 25 MeV elektron ışın enerjisi aralığında ölçüm yapılacak şekilde dizayn edilmiştir. Boyutları 40x40 cm'dir ve 1, 2, 5 ve 10 mm kalınlıklarındaki levhaları bulunmaktadır.

Ölçümler Markus - PTW-23343 (PTW, Feiburg, Almanya) paralel plan iyon odası kullanılarak yapıldı. Bir paralel plan iyon odası, bir yüksek voltaj elektrodu ve bir de duyarlı hacimle kapatılmış ölçüm elektrodundan oluşur. Merkezdeki ölçücü elektrodun etrafında, karanlık akımları ve pertürbasyon etkisini sınırlamak için, gerilim oluşturan koruyucu bir halka bulunur. Paralel plan iyon odaları 2 MeV ile 45 MeV arasında elektron dozimetrisinde, cilt ve build-up dozu ölçümlerinde kullanılır. Markus tipi iyonizasyon odalarının elektrot mesafeleri sabittir. Etkili ölçü noktası ön giriş penceresinin merkezidir. Markus tipi paralelplan iyon odasının hacmi 0,055 cm³, elektrot mesafesi 2 mm ve koruyucu halka genişliği 0,2 mm'dir. Giriş (çember) penceresi ince grafit tabakalı polietilen'den yapılmıştır, kalınlığı 0,9 mm ve alan yoğunluğu 2.76 mg/cm²'dir (0,025 mm su eşdeğeri).

Şekil 1a ve 1b'de görüldüğü gibi iyon odasının merkezi ışın merkez ekseninde, iyon odasının ön yüzü elektron demetinin geliş yönünde olacak şekilde fantom yüzeyine yerleştirildi. Ölçümlere, yüzeyden başlandı ve iyon odasının üzerine gerekli kalınlıkta fantomlar yerleştirilerek devam edildi. Ölçümlerde sabit MU (monitor unit) ve KCM=100 cm kullanıldı. Ölçüm sonucu elde edilen değerler maksimum doz değerine normalize edilerek yüzde iyonizasyon grafikleri elde edildi. Bu grafiklerden R₅₀ (dozun %50'sinin oluştuğu derinlik) değerleri bulundu ve International Atomic Energy Agency (IAEA) Protokol-381'den[11] yararlanılarak E₀ değerleri aşağıdaki formül ile hesaplandı.

Sekil 1: Deney düzenekleri; (a) Oncor cihazı için, (b) Saturne-42 cihazı için.

E₀ [MeV] = 0,818 + 1,935 (R₅₀j) + 0,040 (R₅₀j)2

Burada E₀, elektron ışınlarının fantom yüzeyindeki ortalama enerjisi, R₅₀j ise yüzde iyonizasyon eğrisinden bulunan %50'lik doz derinliğidir.

Elde edilen E₀ değerleri cihazlara göre karşılaştırılmak üzere Tablo 1'de verilmiştir.

Tablo 1: Oncor (Onc) ve Saturne (Sat) lineer hızlandırıcılarında 10x10 cm² alan büyüklüğünde elektron demetleri için bulunan E₀ değerleri

Daha sonra R₅₀ ve E değerlerinden faydalanarak IAEA Protokol-381'den[11] stopping power değerleri bulundu ve ölçüm değerleri absorbe doza dönüştürüldü.

Absorbe doz değerleri yeniden normalize edilerek, absorbsiyon yüzde derin doz eğrileri elde edildi. Bu eğrilerden D₀ (yüzey dozu), d_max (maksimum doz derinliği), R₈₅ (%85'lik doz derinliği) ve R₅₀ (%50'lik doz derinliği) değerleri bulunarak farklı kolimasyon sistemine sahip iki cihaz arasında karşılaştırma tabloları oluşturuldu.

Methods

Results

Elektron ışınları radyoterapide önemli bir tedavi seçeneğidir ve yüzeysel tümörlerin tedavilerinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Ancak elektron ışınlarının, cihazların kolimatör sistemlerinden kolay etkilenmeleri ve elektronlarla yapılan tedavilerde tedavi derinliklerinin milimetreler mertebesinde hassasiyet gösterebilmelerinden dolayı bu ışınların dozimetrilerinin doğruluğu özel bir önem taşımaktadır.

Elektron ışınlarının derin doz dağılımlarının cihazların kolimasyon sistemlerine bağlılığının araştırıldığı bu çalışmada, örnek olarak 10x10 cm²'lik alan için elde edilen iyonizasyon yüzde derin doz eğrileri ve absorbsiyon yüzde derin doz eğrileri Saturne-42 cihazı için Şekil 2 ve Oncor cihazı için Şekil 3'de gösterilmektedir. Şekil 2 ve 3 incelendiğinde, her iki lineer hızlandırıcıda 6, 7/7,5 ve 9 MeV'de iyonizasyon ve absorbsiyon yüzde derin doz eğrilerinin birbirine yakın olduğu, farklılığın başladığı 12 MeV'in absorbsiyon eğrisinde R₅₀ değerinin 1 mm arttığı, 15 MeV'de bu farkılığın daha fazla olduğu görülmektedir. Tedavi planlama sistemlerine derin doz bilgileri yüklenirken 12 MeV'in üzerindeki enerjilerde mutlaka absorbsiyon yüzde derin doz bilgileri kullanılmalıdır. Absorbe derin doz bilgileri kullanılarak iki cihazın E₀ enerjileri hesaplanmış ve Tablo 1'de gösterilmiştir. Tablo 1 incelendiğinde, iki cihazın E₀ enerjilerinin 9 ve 12 MeV NE'lerinde aynı olduğu, 6 ve 15 MeV NE'lerinde ise E₀ değerlerinin bir birlerine oldukça yakın olduğu görülmektedir. Buna karşın, Oncor 7 MeV ve Saturne 7,5 MeV NE'lerinde E₀ değerleri arasında önemli derecede fark (1,3 MeV) olduğu görülmüştür. Her iki lineer hızlandırıcı için elde edilen absorbsiyon yüzde derin doz değerleri Şekil 4'de gösterilmektedir. Bu grafikler incelendiğinde, her iki cihazda NE (9-12 MeV) ve E₀ değerleri (8,1 ve 10,8 MeV) aynı olan elektron ışın demetlerinin derin doz dağılımlarının birbirin aynı olmadığı görülmektedir. Bu farklılık lineer hızlandırıcıların ikincil kolimasyonlarının farklılığından kaynaklanmaktadır. E₀ değerleri arasındaki fark arttıkça derin doz eğrileri arasındaki farklılıklar artmaktadır. Bu durum beklenildiği gibi en belirgin olarak 7-7,5 MeV nominal enerjilerinde görülmektedir.

Sekil 2: Saturne-42 lineer hızlandırıcısıyla elde edilen 10x10 cm² alan büyüklüğündeki elektron demetlerinin iyonizasyon ve absorbsiyon yüzde derin doz eğrileri.

Sekil 3: Oncor lineer hızlandırıcısıyla elde edilen 10x10 cm² alan büyüklüğündeki elektron demetlerinin iyonizasyon ve absorbsiyon yüzde derin doz eğrileri.

Şekil 4'deki derin doz eğrilerinden elde edilen yüzey dozu (D₀), maksimum doz derinliği (Dmax), %85 (R₈₅) ve %50 (R₅₀) doz derinlikleri alan boyutuna bağlı olarak Tablo 2'de özetlenmiştir. Yüzey dozları karşılaştırıldığında en büyük farkın 15 MeV'de olduğu bulunmuştur. Farklar, 5x5, 10x10 ve 20x20 cm² alan boyutları için sırasıyla %2,4, %4,3 ve % 7,8'dir. Alan boyutu arttıkça yüzey dozları arasındaki farklar artmaktadır. Tablolarda D_max değerleri arasındaki en yüksek fark ise, E₀ değerleri arasındaki farkın en yüksek olduğu 7-7,5 MeV'de görülmüştür. Bu enerjide saptanan maksimum farklar 5x5, 10x10 ve 20x20 cm² alanlarda sırası ile 4 mm, 4 mm ve 3 mm'dir. R₈₅ ve R₅₀ değerleri karşılaştırıldığında maksimum farkların yine 7-7,5 MeV'de olduğu görülmüştür. Bu enerjide R₈₅'ler arasında belirlenen maksimum farklar 5x5, 10x10 ve 20x20 cm² alanların tamamında 5 mm olarak saptanmıştır. Öte yandan aynı nominal enerjide R₅₀'ler arasında saptanan maksimum farklar ise 5x5, 10x10 ve 20x20 cm² alanlarda sırası ile 6 mm, 6 mm ve 5 mm'dir.

Sekil 4: 10x10 cm² alan büyüklüğünde Oncor ve Saturne-42 lineer hızlandırıcılarına ait absorbsiyon yüzde derin doz eğrileri.

Tablo 2: Oncor (Onc) ve Saturne-42 (Sat) cihazlarında farklı alan boyutlarında ölçülen D_max, R₈₅ ve R₅₀ değerleri

Results

Discussion

İki tedavi cihazı için incelenen derin doz parametreleri ve ortalama enerji değerleri arasındaki farklılıkların, iki cihazın kafa yapılarındaki ve ikincil kolimatör sistemlerindeki farklılıklardan kaynaklandığı düşünülmektedir. Mills ve ark.[12] elektron ışınlarıyla oluşan dozun, saçılan elektronlardan kaynaklandığını, bu saçılmanın alan bağımlı olduğunu ve bu saçılmaların büyük ölçüde kolimatör tasarımlarına bağlı olduğunu söylemişlerdir. Aynı enerjilerde çalışan farklı elektron kolimasyon sistemine sahip lineer hızlandırıcılarda doz verimi faktörlerinin belirgin ölçüde farklı olabileceğini belirtmişlerdir. Kirby ve ark.[13] 70 farklı elektron lineer hızlandırıcısının derin doz parametrelerini incelemişler ve aynı nominal enerjiye sahip olsalar bile farklı makinelerin dikkat çekici şekilde farklı derin doz parametrelerine sahip olduklarını belirtmişlerdir. Bizim sonuçlarımızda da Kirby ve ark.[13] sonuçlarına paralel olarak, aynı nominal enerjide bile olsalar, derin doz parametrelerinin, lineer hızlandırıcıların ikincil kolimatör yapılarına sıkı şekilde bağlı olduğu görülmektedir. Farklı nominal enerjiler olan Saturne-42 (7,5 MeV) ve Oncor (7 MeV) elektron enerjilerinde bu durum daha belirgin olarak görülmektedir. Elektron ışınlarının klinikte uygulanabilirliği için kullanılan ikincil kolimatör sistemleri olan trimmer bar ve konüsler kullanım kolaylıkları yönünden karşılaştırıldığında, trimmer barların bütün kare ve dikdörtgen alanları motorize olarak oluşturabilmelerine karşın, konüs sisteminde sadece r=5 cm, 10x10 cm², 15x15 cm², 20x20 cm² ve 25x25 cm²' lik standart alanlı konüsler kullanıma hazır bulunmaktadır. Bu nedenle çeşitli kare ve dikdörtgen alanları oluşturabilmek için özel bloklar hazırlanması gereklidir. Bu gibi zorluklardan, hasta yoğunluğu olan kliniklerde, trimmer bar sisteminin kullanımı konüs sistemine göre daha kolay, zaman ve maddiyat yönünden daha verimlidir. Ancak günümüzde üretilen klinik lineer hızlandırıcıların çoğu, kişiye özel blok kullanılabilmesi nedeniyle, elektron tedavisinde ikincil kolimatör olarak konüs sistemini tercih etmektedirler.[14] Konüs sistemi ile sınırlı sayıda kare ve dikdörtgen alanlar oluşturabilme sorunu, klinikte sık kullanılan alanlar belirlenip, gerekli olan bloklar önceden hazırlanarak giderilebilir. Bu yöntem zaman ve set-up kolaylığı açısından avantajlar sağlayabilir.

Sonuç olarak, aynı nominal enerjiye sahip, iki farklı lineer hızlandırıcıdan elde edilen elektron demetlerinde, nominal enerjileri ile birlikte fantom yüzeyindeki ortalama enerji değerlerinin aynı olması durumunda bile derin doz parametrelerinin farklı olabileceği görülmüştür. Elektron ışın demetleri yüzeye yakın lezyonların tedavisinde kullanıldığı için bu farklar önemli olabilmektedir. Lineer hızlandırıcılar birbirlerinin yerine kullanılmak istendiğinde bu farklılıklar dikkate alınmalıdır.

Discussion