TURKISH JOURNAL OF ONCOLOGY

Summary

AMAÇ
Bu çalışmada, gama ışınları ile ışınlanan magnezyum ve titanyum ile katkılanmış lityum florür termolüminesans dozimetrelerin (TLD) kalibrasyonu amaçlandı.

GEREÇ VE YÖNTEM
Hiç işlem görmemiş 168 adet TLD tavlama işlemi sonrası gama ışınları ile ışınlanarak doygunluk düzeyine getirilip TLD okuyucu sisteminde ±%1 hassasiyet değerine göre kalibre edildi. Seçilen 5 adet TLD için verilen dozun doğruluğunu ölçmek amacıyla TLD'ler rando fantomda oluşturulan referans alanın merkezine yerleştirildi, 6 MV ile 180 cGy doz verilerek ışınlandı.

BULGULAR
TLD'lerin almış oldukları doz miktarları TLD okuyucu sisteminde okundu. Sonuçlar sırasıyla; 182.1 cGy, 181.0 cGy, 180.3 cGy, 180.3 cGy ve 180.4 cGy bulundu.

SONUÇ
Bir nolu hariç diğer TLD'lerin almış oldukları doz miktarları ±%1 hassasiyet değerinin içerisindedir. Bir nolu TLD için okunan doz miktarındaki hata +%0.6 bulundu. Bu durum, tavlama sırasında meydana gelen olumsuzluklara bağlı olarak TLD içindeki enerji tuzaklarının tam olarak boşalmaması, ortamın sıcaklığı, nemi ve sterilizasyon eksikliği gibi nedenlere bağlanabilir.

Summary

Introduction

Kristale verilen enerjinin, kristal ısıtıldığı zaman optik radyasyon şeklinde geri yayınlanması “termolüminesans” olarak tanımlanır. Dozimetre, radyoaktif (RA) kaynaktan veya X-ışını kaynaklarından çıkan ışınları ve bu kaynaklar çevresinde çalışan insanların aldıkları radyasyon miktarını tayin etmeye yarayan düzenektir. Bu düzeneklerden, temeli termolüminesansa dayananlara termolüminesans dozimetre (TLD) denir.[1] TLD olarak kullanılan kristallerden bazıları arasında magnezyum (Mg) ve titanyum (Ti) ile katkılanmış lityum florür (LiF: Mg, Ti), manganez (Mn) ile katkılanmış kalsiyum florür (CaF2: Mn), disprozyum (Dy) ile katkılanmış kalsiyum florür (CaF₂: Dy), karbon (C) ile katkılanmış alüminyum oksit (Al₂O₃: C), manganez ile katılanmış lityum borat (Li₂B₄O₇: Mn) sayılabilir. Bunlar arasında en sık kullanılanı etkin atom numarası dokuya eşdeğer olan LiF: Mg, Ti’dir. Buna TLD-100’de denir. LiF: Mg, Ti için etkin atom numarası 8.2, kobalt-60’a (Co-60) olan hassasiyeti 1.0, 30 keV/ Co-60 enerji cevabı 1.25, 10 mikrogray (μGy) ile 10 gray (Gy) arasındaki ışınlama dozuna olan yanıtı doğrusaldır. LiF: Mg, Ti’ün yaydığı termolüminesans ışığın dalga boyu 3500 angstrom (A^°) ile 6000 A^° arasındadır ve oda sıcaklığında dozimetre piklerinde görülen azalma yılda %5’dir.[2] TLD’ler, ikincil standart dozimetrelerdir. Diğer bir deyişle TLD’ler radyasyonun soğurulan dozunun mutlak bir ölçüsünü vermez. Bu dozimetrelerin hepsi birincil bir ölçüm sistemine göre doğrudan veya kalibre edilmiş ikincil bir sistem yardımıyla kalibre edilmelidir.[3]

Bu çalışmada Harshaw^® LiF: Mg, Ti termolüminesans dozimetrelerin gama ışınları ile ışınlanarak ve Harshaw 3500 TLD^® okuyucu sistemi kullanılarak kalibrasyonu amaçlanmıştır.

Introduction

Methods

Bütün fosforlar, uğradıkları termik işlemlere bağlı olarak termolüminesans (TL) özelliklerinde bazı değişiklikler gösterirler. TL duyarlığında belirgin bir değişme olmaksızın, fosforun depolanmış TL’nin tümüyle okunmasını ve tekrar tekrar kullanılabilmesini sağlamak için her zaman bir termik tavlama gerekir. Bu nedenle tüm dozimetreler duyarlılıklarını ve doğal fonlarını standardize etmek için radyasyon ölçümleri yapmadan önce aynı koşullarda tavlanmalıdır.[3] LiF: Mg, Ti’de ön ışınlama tavlaması, özellikle geride kalan TL ışımayı ortadan kaldırmak, TL duyarlılığı kurmak ve kararsız düşük sıcaklık ışıma piklerini yok etmek için önemlidir. Zimmerman ve ark.,[4,5] geniş çaplı tavlama araştırması sonucunda TLD 100’ün 400°C’de 1 saat tavlamadan sonra 80°C’de 16-24 saat tavlamanın en iyi sonuç verdiğini saptamışlardır. Mason ve ark.,[6] dozimetreler derhal kullanılacaksa 80°C’de 16 saat tavlama olanağı olamayabileceğinden, bunun yerine 100°C’de 1 saatlik tavlamanın yeterli olacağını saptamışlardır. Wald ve ark.[7] ise tekrarlanan 400°C’de 1 saat tavlamaların 100 kezden sonra LiF dozimetreler deki TL duyarlılığı %18 azalttığını bulmuşlardır. TLD’lerin tavlanması sırasında fırın sıcaklığının değişiminden çok, tavlama kabındaki termik dalgalanmalar daha etkilidir. Bu nedenle dozimetrelerin seçilen tavlama sıcaklığına ulaşmalarını sağlamak için toplam tavlama süresine bir miktar süre daha eklenmelidir. [3] Deneylerde fırınlama sıcaklığından itibaren soğuma hızının, ışıma eğrisinin mutlak ve bağıl yüksekliğini etkilediği ve hızlı soğutmada istenmeyen düşük sıcaklık piklerinin büyüklüğünün önemli derecede arttığı, yavaş soğutmada ise ışıma eğrisindeki bütün piklerin yüksekliğinin hızlı soğutma durumundakilere kıyasla çok daha düşük olduğu gözlenmiştir. Tüm bunlar göz önüne alınarak fırınlamadan sonra TLD kristallerinin, 20 dakikada oda sıcaklığına kadar soğultulmasına karar verilmiştir.[1]

Dozimetrelerin Tavlanması
Bu çalışmada, daha önce hiç işlem görmemiş 168 adet TLD ilk önce 400°C’de 1 saat 10 dakika, daha sonra 80°C’de 16 saat 10 dakika ve en son olarak 100°C’de 1 saat 10 dakika tavlandı. Bu sırada yapılan her tavlama işleminin ardından TLD’ler 20 şer dakika oda sıcaklığında soğutuldu. Bütün bu tavlama işlemlerinden sonra seçilen 168 adet TL dozimetre kalibrasyon işlemi için hazır duruma getirildi.

TL Dozimetrelerin Gama Işınları ile Kalibrasyonu
Bu çalışmada tavlaması tamamlanan toplam 168 adet TLD doygunluk düzeyine getirilmek için her gün sabah ve akşam 100’er santigray (cGy) olmak üzere toplam 1000 cGy ışınlandı. Işınlamalar, su eşdeğeri katı fantom kullanılarak Co-60 teleterapi cihazında, 80 cm kaynak-cilt mesafesi (SSD) değerinde, 10 cm x 10 cm alan boyutunda,[8] yüzeyden 5 cm derinlikte yapıldı (Şekil 1). TLD’lerin hassas olarak ışınlanabilmesi için, 30 cm x 30 cm boyutlarında sert pleksiglas materyal üzerinde 10 cm x 10 cm ışınlama alanı içerisine her birinin çapı 6 mm ve derinliği 1 mm olan 49 adet delik açılan bir düzenek oluşturuldu (Şekil 2). Çalışmada kullanılacak toplam 168 adet TLD ışınlanarak doygunluğa ulaştırıldıktan sonra ilk 79 adedi Co-60 tedavi cihazında, 80 cm SSD değerinde, 10 cm x 10 cm alan boyutunda, yüzeyden 5 cm derinlikte 100 cGy doz alacak şekilde ışınlandı. TLD’ler ile doz hesaplamalarına geçmeden önce bazı çalışmaların yapılması gereklidir. Bunlar TLD’lerin duyarlılığını gösteren Element Correction Coefficient (ECC) ve okuyucudan alınan, nanocoulomb (nC) cinsinden verilen fototüp akımının soğurulan radyasyon miktarına çevirmede kullanılan dönüşüm katsayısı Reader Calibration Factor’ün (RCF) bulunmasıdır. Tüm TLD’ler aynı hassasiyette üretilmediği için, aynı miktarda radyasyon soğurmalarına karşın okuma sırasında farklı miktarda ışık salarlar. Bu farklılığı ortadan kaldırmak için her TLD’ye bir ağırlık faktörü verilir. Bu faktör ECC’dir. Okuyucunun ışın şiddetini soğurulan radyasyon miktarı cinsinden verilmesi için RCF’nin mutlaka bilinmesi gerekmektedir.[1] Işınlamanın ardından 79 adet TLD Harshaw 3500 TLD® okuyucu sisteminde WinRems® yazılımının yardımıyla tek tek okundu, ECC değerleri bulundu. Daha sonra bulunan ECC değerleri içerisinde ±%1 hassasiyete sahip olan 15 adet TLD, sisteme kaydedildi (Şekil 3; Şekil 4). Chipset kodlarıyla not edildi ve diğer 79 adet TLD arasından ayrıldı. Gruptan ayrılan 64 adet TLD ısıtma fırınında 400°C’de 1 saat 10 dakika tavlanarak ışınlamaya hazır hale getirildi. Diğer grup 89 adet TLD de; aynı önceki grupdaki dozimetreler gibi Co-60 cihazında 100 cGy doz alacak şekilde ışınladıktan sonra TLD okuyucu sisteminde tek tek okundu. ECC değerleri bulundu. Daha sonra bulunan ECC değerleri içerisinde ±%1 hassasiyete sahip olan 16 adet TLD, sisteme kaydedildi, chipset kodlarıyla not edildi ve diğer 89 adet TLD arasından ayrıldı. Gruptan ayrılan 73 adet TLD ısıtma fırınında 400°C’de 1 saat tavlanarak ışınlamaya hazır hale getirildi. Son grup ise, ilk grupta ECC değerleri içerisinde ±%1 hassasiyete sahip olan 15 adet TLD dışında kalan 64 adet TLD ile sonraki grupta ECC değerleri içerisinde ±%1 hassasiyete sahip olan 16 adet TLD dışında kalan 73 adet TLD’nin birleştirilmesiyle oluşan toplam 137 adet TLD’den oluşturuldu. Bu 137 adet dozimetre, diğer gruplardaki dozimetreler gibi Co-60 cihazında 100 cGy doz alacak şekilde ışınladıktan sonra TLD okuyusu sisteminde okundu. ECC değerleri bulundu. Daha sonra bulunan ECC değerleri içerisinde ±%1 hassasiyete sahip olan 28 adet TLD sisteme kaydedildi, chipset kodlarıyla not edildi ve 137 adet dozimetrenin arasından ayrıldı.

Sekil 1: TLD’lerin ışınlama set-up’ı.

Sekil 2: TLD’leri ışınlamak için özel olarak hazırlanan düzenek.

Sekil 3: İlk 79 adet TLD içerisinde ±%1 hassasiyete sahip olan 15 adet TLD.

Sekil 4: ±%1 hassasiyete sahip olan 15 adet TLD’nin ECC değerleri.

Tanımlanan TLD’ler için ECC değerleri bulunup sisteme kayıt edildikten sonraki aşama, ECC’leri kaydedilen TLD’lerin RCF değerlerinin bulunmasıdır. RCF’nin bulunması amacıyla, ECC’leri kabul sınırları içinde (±%1 hassasiyette) olan TLD’ler tekrar ışınlanmaları için 400°C’de 1 saat 10 dakika tavlanır. Böylelikle TLD üzerinden önceki çalışmaya ait bilgiler silinmiş olur. Tavlanan bu TLD’lerin tamamı Co-60 tedavi cihazında, 80 cm SSD değerinde, 10 cm x 10 cm alan boyutunda, yüzeyden 5 cm derinlikte 100 cGy doz alacak şekilde ışınlandı. WinRems^® yazılımının Calibrate Reader modundan kaydedilen ECC değerlerinide kullanarak ilk grup, ikinci grup ve son grupta bulunan 15, 16 ve 28 adet TLD için Harshaw 3500 TLD^® okuyucu sisteminde okuma yapıldı. TLD’leri ışınlama dozu olan 100 cGy değeri ilgili alana yazılarak TLD’lerin RCF değerleri hesap ettirildi. Bir diğer aşamada, RCF’nin bulunması için kullanılan TLD’ler hasta çalışması için kullanılamayacağı için chipset’in değiştirilmesi gereklidir. TLD’ler uygun bir grup ID’si verildikten sonra TLD okuyucu sisteminde okunur. Upper ve Lower Limit (±%1 hassasiyet için) ve ışınlama miktarı (100 cGy) değerleri girildikten sonra yazılıma hesaplattırma yaptırılır ve kaydedilir. Böylelikle hastalarda veya rando fantomda kullanılacak TLD’ler kalibre edilmiş olur. TLD’lerin okunmaya hazır hale getirilmesi için 400°C’de 1 saat 10 dakika tavlanması gerekir.

Methods

Results

Kalibrasyon işlemi tamamlanan ±%1 hassasiyet derecesine sahip TLD’lerin verilen dozu doğru ölçüp ölçmediğini kontrol etmek amacı ile bölümümüzde bulunan rando fantom üzerinde simülasyon cihazı yardımı ile referans alan oluşturuldu. Bu referans alan rando fantomun 13. kesitinde olacak şekilde 10 cm x 10 cm büyüklüğünde çizildi (Şekil 5). Kalibrasyonu tamamlanan 59 adet TLD içerisinden rastgele seçilen 5 adet TLD merkezi fantomun 13. kesitinde bulunan refarans alanın merkezine yerleştirildi. TLD kesit üzerinde fantomun ön ve arkasından eşit olarak 9.5 cm derinlikte idi. Elde edilen referans alan lineer akseleratör tedavi cihazında 6 MV foton enerjisinde, SSD=100 cm değerinde AP alandan 90 cGy, PA alandan 90 cGy, toplamda 180 cGy alacak şekilde ışınlandı. Daha sonra referans TLD’ler okuyucu sisteminde okundu ve referans TLD’nin almış olduğu doz bulundu (Tablo 1).

Sekil 5: Rando fantom üzerinde oluşturulan referans alan.

Tablo 1: TLD’lerin referans alan içerisinde almış oldukları doz miktarları

Results

Discussion

Bu çalışmada TLD’ler kalibre edilirken Win- Rems^® yazılımına ışınlama doz miktarı olarak 100 cGy, upper limit olarak 101 cGy ve lower limit olarak 99 cGy kaydedilmiştir. Başka bir deyişle kalibrasyon hassasiyeti ±%1’dir. Ancak TLD’ler ile yapılan birçok çalışmada kalibrasyon hassasiyeti ±%2-3 gibi değerlerdir ve bu değerler de kabul edilebilir sınırlar içerisindedir. Rastgele seçilen beş TLD için yaptığımız kontrol ışınlamasında 1 nolu TLD hariç diğer TLD’lerin almış oldukları doz değerleri ±%1 hassasiyet değerlerinin içerisindedir. (Verilen 180 cGy doz için 178.2 cGy - 181.8 cGy arasındadır.) Işınlanan TLD’nin almış olduğu doz miktarı birçok etkenden dolayı olumsuz yönde etkilenebilir. Bunlar arasında, tavlama sırasında meydana gelen olumsuzluklara bağlı olarak TLD içindeki enerji tuzaklarının tam olarak boşalmaması, ortamın sıcaklığı ve nemi, sterilizasyon eksikliği (çip holder’ın kirliliği ve TLD okuyucusunun çekmecesinde bulunan ısıtıcı tepsinin oksitlenmesi) sayılabilir. TLD’ler çevre etkenlerinden korunmazsa soğurulan doz ölçümlerinde sıklıkla belirsizliklere, bazen de büyük hatalara düşülebilir.[3] Yaptığımız ölçümlerde, 1 nolu TLD için okunan doz miktarındaki +0.6%’lik hata yukarıda saydığımız etkenlere bağlanabilir.

Sonuç olarak, TLD’ler çok hassas dozimetreler olduğundan ölçümlerde en doğru sonucu alabilmek için hem kalibrasyon sırasında çevresel olumsuz etkenleri minumuma indirmek, hemde kalibrasyon hassasiyetini minimum düzeyde (mümkünse ±%1 seviyesinde) tutmak gereklidir.

Discussion