Summary

GEREÇ VE YÖNTEM
Katı su fantomlarının ölçüm kurulumu yapılarak kobalt-krommolibden ve kobalt-krom-molibden-titanyum kalça protezleri için özel olarak üretilen fantomlar düzenek içine yerleştirildi. 10, 20 ve 30 cm derinliklere filmler konularak 6 MV ve 18 MV fotonlarla protez varken ve yokken 50 cGy dozla ışınlandı. Filmlerden elde edilen doz profilleri istatistiksel olarak değerlendirildi.

BULGULAR
6 ve 18 MV foton enerjileri için 10 ve 20 cm derinliklerde her iki protezin kalın ve dikey eksenleri boyunca ve 30 cm derinlikte orta, kalın ve dikey eksenleri boyunca anlamlı fark bulundu (p<0.05).

SONUÇ
Kalça protezlerinin radyoterapi doz dağılımını etkileyeceği ve tedavi planı yapılırken protezlerin göz önünde bulundurulması gerektiği sonucuna varılmıştır.

Introduction

Işınlanacak bölgedeki protez radyasyon dozunun homojen dağılımını etkileyebilir, protezle doku arasındaki yoğunluk farkı nedeniyle dokularda yüksek ya da düşük doz alanlarına yol açabilir. Kalça protezlerinin radyoterapi doz dağılımına etkisi birçok çalışmada değerlendirilmiştir. Bu çalışmalarda sabit bir alanda alınan ölçülerde kalça protezi arkasındaki bölgede belli bir doz azalmasının olduğu ve bu doz azalmalarının farklı protezlerde farklı oranlarda olduğu belirtilmiştir. Kalça protezli eksternal radyoterapi uygulanacak bir prostat kanseri hastası için, protezin göz önünde bulundurularak bir ışın düzenlemesinin olması gerektiği üzerinde durulmuştur.[1,3-8]

Çalışmamızda, günümüzde en çok kullanılan kalça protezleri arkasındaki bölgede oluşan düşük doz ve düşük doz oranlarının dozimetrik ölçümlerle tespit edilmesi amaçlanmıştır.

Methods

Co-Cr-Mo maden alaşımlı protezde, %57.4-65 oranında Co, %27-30 oranında Cr, %5-7 oranında Mo bulunmakta olup 7.90 gr/cm³ yoğunluğundadır. Co-Cr-Mo-Ti maden alaşımlı protezde ise, %88.5-91 oranında Ti, %11.5-9 oranında Co-Cr- Mo bulunmakta olup 4.54 g/cm³ yoğunluğundadır. Bu çalışmada, 130.5x8.0 mm boyutlarında Co-Cr- Mo protez ve 140.5x13.0 mm boyutlarında Co-Cr- Mo-Ti protezi kullanılmıştır (Şekil 1).

Şekil 1: (a) Co-Cr-Mo-Ti, (b) Co-Cr-Mo kalça protezleri.

Tedavi masasına sırasıyla; yoğunluğu 0.95 olan 2 cm kalınlığında iki adet polietilen, 1 cm kalınlığında yirmi adet katı su fantomu (RW3), protezler için özel olarak işlenmiş 1.5 cm kalınlığında iki adet polietilen ve kalınlığı 1 cm olan 7 adet RW3 üst üste yerleştirilmiştir. Protez yokken yapılan ölçümlerde 1.5 cm kalınlığında iki adet polietilen yerine 2 cm kalınlığında bir adet polietilen ve 1 cm kalınlığında bir adet RW3 kullanılmıştır. Protez için özel olarak işlenen polietilen katı su fantomunun işlenmesi kolay olduğu için ve kliniğimizde mevcut RW3 katı fantomlarının yeterli sayıda olmamasından dolayı polietilen fantomlar da kullanılmıştır. Ölçümde polietilen ile RW3 katı fantomunun X-ışınını soğurma oranları arasında %1.011 fark belirlenmiş ve bu farkın prosedürlere göre engel teşkil etmediği göz önünde bulundurulmuştur.

Protez yokken yapılan ışınlamalarda; MLC'ler ile oluşturulan 15x20 cm'lik ışık alan merkezi protezlerin orta noktasında ve SSD 100 cm olacak şekilde masa pozisyonlandırılıp, 1. film 10 cm derinliğe (d=10 cm), 2. film 20 cm derinliğe (d=20 cm) ve 3. film 30 cm derinliğe (d=30 cm) yerleştirilerek 10 cm derinlikte 50 cGy doz olacak şekilde 6 ve 18 MV foton enerjileri için planlamada belirlenen sürelerle ışınlamalar yapılmıştır. Protez varlığında da aynı işlemler her iki protez için tekrarlanmıştır (Şekil 2).

Şekil 2: Protezlerin set-up kurulumu ve ışınlanması.

Results

Ölçümü yapılan enerjiler için 10, 20 ve 30 cm derinliklerde protezsiz ve protezli durumlarda profil grafikleri her bir protez için ayrı ayrı protezin orta kısmından, ince kısmından, kalın kısmından ve dikey ekseni boyunca çizdirilmiştir (Şekil 3). Bu grafikler yardımıyla protezlerin profillerde meydana getirdiği doz değişiklikleri ve profillerin homojenitesi belirlenmiştir (Şekil 4-7).

Şekil 3: Elde edilen doz profillerinin protez üzerindeki kısımları.

Şekil 4: 6 MV enerji ile 10, 20, 30 cm derinliklerde Co-Cr-Mo protezi için; (a) orta, (b) ince, (c) kalın kısımlarında (d) dikey ekseni boyunca protez varken ve yokken alınan doz profilleri.

Şekil 5: 18 MV enerji ile 10, 20, 30 cm derinliklerde Co-Cr-Mo protezi için; (a) orta, (b) ince, (c) kalın kısımlarında (d) dikey ekseni boyunca protez varken ve yokken alınan doz profilleri.

Şekil 6: 6 MV foton enerji ile 10, 20, 30 cm derinliklerde Co-Cr-Mo-Ti protezi için; (a) orta, (b) ince, (c) kalın kısımlarında ve (d) dikey ekseni boyunca protez varken ve yokken alınan doz profilleri.

Şekil 7: 18 MV foton enerji ile 10, 20, 30 cm derinliklerde Co-Cr-Mo-Ti protezi için; (a) orta, (b) ince, (c) kalın kısımlarında ve (d) dikey ekseni boyunca protez varken ve yokken alınan doz profilleri.

Protez varken (d=10 cm)
Protez yokken (d=10 cm)
Protez varken (d=20 cm)
Protez yokken (d=20 cm)
Protez varken (d=30 cm)
Protez yokken (d=30 cm)

Co-Cr-Mo protezi için 6 MV foton enerjisi ile 10, 20, 30 derinliklerde; sırasıyla protezin orta kısmında en fazla %17.5, %15.5, %13.8'lik, kalın kısmında %19.6, %18.6, %17.0'lık ve ince kısmında ise %12.4, %12.0, %11.3'lük doz düşüşleri gözlenmiştir.

Protezin dikey ekseni boyunca 10 cm derinlikte en fazla %21.6'lık, 20 cm derinlikte %19.6'lık ve 30 cm derinlikte ise %18.2'lik doz düşüşleri gözlenmiştir. Co-Cr-Mo protezi için 18 MV foton enerjisi ile 10, 20, 30 derinliklerde; sırasıyla protezin orta kısmında %17.8, %15.9, %15.4'lik, kalın kısmında en fazla %20.0, %19.0, %17.8'lik ve ince kısmında ise %15.0, %12.5, %12.1'lük doz düşüşleri gözlenmiştir. 18 MV enerjide Co-Cr- Mo protezi için; protezin dikey ekseni boyunca 10 cm derinlikte en fazla %22.1'lik, 20 cm derinlikte %20.8'lik ve 30 cm derinlikte ise %19.6'lık doz düşüşleri belirlenmiştir.

Co-Cr-Mo-Ti protezi için 6 MV foton enerjisi ile 10, 20, 30 derinliklerde; sırasıyla protezin orta kısmında en fazla %12.9, %12.0, %11.9'lik, kalın kısmında %13.3, %12.7, %12.6'lik ve ince kısmında ise %11.8, %11.7, %11.3'lük doz düşüşleri gözlenmiştir. 6 MV enerjide Co-Cr-Mo-Ti protezi için; protezin dikey ekseni boyunca 10 cm derinlikte en fazla %13.9'luk, 20 cm derinlikte %13.0'lık ve 30 cm derinlikte ise %12.6'lık doz düşüşleri saptanmıştır.

Co-Cr-Mo-Ti protezi için 18 MV foton enerjisi ile 10, 20, 30 derinliklerde; sırasıyla protezin orta kısmında en fazla %13.8, %12.5, %11.7'lik, kalın kısmında %14.4, %13.1, %12.6'lik ve ince kısmında ise %12.5, %11.9, %11.2'lik doz düşüşleri gözlenmiştir. 18 MV enerjide Co-Cr-Mo- Ti protezi için; protezin dikey ekseni boyunca 10 cm derinlikte en fazla %15.2'lik, 20 cm derinlikte %13.8'lik ve 30 cm derinlikte ise %13.1'lik doz düşüşleri belirlenmiştir.

Verilerin Analizi
Ölçümlerden elde edilen veriler SPSS V.16.0 programına aktarılmış ve tekrarlı ölçümlerde varyans analiziyle değerlendirilmiştir. İstatistiksel önemlilik eşik düzeyi olarak α=0.05 alınmıştır.

Sonuçlar Tablo 1, 2, 3, 4'de görülmektedir. 6 MV ve 18 MV için protezlerin profil ölçüm değerleri karşılaştırıldığında 10 cm ve 20 cm derinliklerde protezlerin ince ve orta kısmında ve 30 cm derinlikte protezin ince kısmında istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunmamıştır; 10 cm ve 20 cm derinliklerde protezlerin kalın ve dikey ekseni boyunca ve 30 cm derinlikte protezlerin orta, kalın ve dikey ekseni boyunca istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunmuştur.

Tablo 1: 6 MV için fantom ve protezlerin ortalama doz değerleri

Tablo 2: 18 MV için fantom ve protezlerin ortalama doz değerleri

Tablo 3: 6 MV için fantom ve protez ile her iki protezin profil verilerinin istatistiksel analizi

Tablo 4: 18 MV için fantom ve protez ile her iki protezin profil verilerinin istatistiksel analizi

Discussion

Ding ve ark. değişik kalınlıklarda titanyum yada çelik kalça protezleri arkasında doz azalmalarının olduğunu söylemişlerdir. 0,5 cm kalınlığındaki bir protezde %5-25 ve 3 cm kalınlığındaki bir protezde ise %10-45 kadar bir doz azalmasının olduğunu belirtmişlerdir. Bu doz azalmalarının telafi edilebilmesi içinde sekiz alan tekniğini kullanan ek bir ışının olması gerektiği söylenmiştir. Sonuç olarak kalça protezlerinin belli bir doz azalmasına neden olduğu ve planlama yapılırken kalça protezlerinin göz önünde bulundurulması gerektiği üzerinde durulmuştur.[7]

Carolan ve ark. Co-Cr-Mo kalça protezi için 6 MV x-ışınları ile su fantomu kullanarak oluşturulan derin doz eğrilerinde protez varlığında 15 cm derinlikte %32'lik bir doz azalması olduğu gösterilmiştir. Bu sonuca göre yüksek yoğunluğuna sahip Co-Cr- Mo maden alaşımlı kalça protezi varlığında yüksek bir doz azalması olduğunu vurgulamışlardır.[6]

Ercan ve ark. ise değişik boyut ve biçimlerdeki titanyum ve paslanmaz çelik kalça protez modelleri kullanılarak kobalt-60 ve 8 MV foton huzmeleri ile yapılan çalışmalarında protezlerin ortalama doz azaltması protezlerin farklılığına ve çalışılmış olan enerjilere bağlı olarak %5.6 ile %31.6 arasında değiştiğini belirlemişlerdir.[8]

Alecu ve ark. da iki kenarlı kobalt-krom alaşımlı kalça protezleri boyunca 15 MV foton ışınında, 10 cm derinlikte profil ölçümleri sonucunda çıkış Dmax'ında dozda %55 bir azalma olduğunu belirtmişlerdir. Sonuçta kalça protezi varlığında dozun önemli bir derecede azaldığı belirtilerek tedavi planlama sisteminde çeşitli yöntemlerle kalça protezinin göz önünde bulundurulması gerektiği üzerinde durulmuştur.[4]

Çalışmamızda hastalarda en çok kullanılan iki tür kalça protezinin çeşitli yerlerinde, çeşitli derinlik ve enerjilerde radyoterapi dozunda nasıl bir etki yapacağı araştırılmış ve bu iki protezin karşılaştırılması yapılmıştır.

50 cGy doz verildiğinde; 6 MV için katı su fantomunda maksimum doz 10 cm derinlikte 49.0 cGy, 20 cm derinlikte 29.1 cGy ve 30 cm derinlikte 15.9 cGy olarak, 18 MV için; 10 cm derinlikte 49.4 cGy, 20 cm derinlikte 32.7 cGy ve 30 cm derinlikte 21.4 cGy olarak ölçülmüştür. Co-Cr-Mo kalça protezi varlığında 6 MV için maksimum doz 10, 20 ve 30 cm derinliklerde sırasıyla, protezin orta kısmında; 40.4 cGy, 24.6 cGy ve 13.7 cGy, ince kısmında; 42.9 cGy, 25.6 cGy ve 14.1 cGy, kalın kısmında; 39.4 cGy, 23.7 cGy ve 13.2 cGy ve dikey ekseni boyunca da; 38.4 cGy, 23.4 cGy ve 13.0 cGy olarak ölçülmüştür. 18 MV için maksimum doz 10, 20 ve 30 cm derinliklerde sırasıyla, protezin orta kısmında; 40.6 cGy, 27.5 cGy ve 18.1 cGy, ince kısmında; 42.0 cGy, 28.6 cGy ve 18.8 cGy, kalın kısmında; 39.5 cGy 26.5 cGy ve 17.6 cGy ve dikey ekseni boyunca; 38.5 cGy; 25.9 cGy ve 17.2 cGy olarak belirlenmiştir. Co-Cr-Mo-Ti kalça protezi varlığında 6 MV için maksimum doz 10, 20 ve 30 cm derinliklerde sırasıyla, protezin orta kısmında 42.7 cGy, 25.6 cGy ve 14.0 cGy, ince kısmında; 43.2 cGy, 25.7 cGy ve 14.1 cGy, kalın kısmında; 42.5 cGy, 25.4 cGy ve 13.9 cGy, dikey ekseni boyunca 42.2 cGy, 25.3 cGy ve 13.9 cGy olarak ölçülmüştür. 18 MV için maksimum doz 10, 20 ve 30 cm derinliklerde sırasıyla, protezin orta kısmında 42.6 cGy, 28.6 cGy ve 18.9 cGy, ince kısmında; 43.2 cGy, 28.8 cGy ve 19.0 cGy, kalın kısmında; 42.3 cGy, 28.4 cGy ve 18.7 cGy, dikey ekseni boyunca ise; 41.9 cGy, 28.2 cGy ve 18.6 cGy olarak belirlenmiştir.

Yapılan profil ölçümlerinde Co-Cr-Mo protezi için 6 MV enerjide 10, 20 ve 30 cm derinliklerde sırasıyla, protezin orta kısmında; %17.5, %15.5 ve %13.8, ince kısmında %12.4, %12.0 ve %11.3, kalın kısmında; %19.6, %18.6 ve %17.0, dikey ekseni boyunca; %21.6, %19.6 ve %18.2'lik doz farkları gözlenmiştir. 18 MV enerjide 10, 20 ve 30 cm derinliklerde sırasıyla, protezin orta kısmında; %17.8, %15.9 ve %15.4, ince kısmında; %15.0, %12.5 ve %12.1, kalın kısmında; %20.0, %19.0 ve %17.8, dikey ekseni boyunca; %22.1, %20.8 ve %19.6'lık doz farkı gözlenmiştir. Co-Cr-Mo-Ti protezi için 6 MV enerjide 10, 20 ve 30 cm derinliklerde sırasıyla, protezin orta kısmında; %12.9, %12.0 ve %11.9, ince kısmında; %11.8, %11.7 ve %11.3, kalın kısmında; %13.3, %12.7 ve %12.6, dikey ekseni boyunca; %13.9, %13.0 ve %12.6'lık doz farkı gözlenmiştir. 18 MV enerjide 10, 20 ve 30 cm derinliklerde sırasıyla, protezin orta kısmında; %13.8, %12.5 ve %11.7, ince kısmında; %12.5, %11.9 ve %11.2, kalın kısmında; %14.4, %13.1 ve %12.6 dikey ekseni boyunca; %15.2, %13.8, %13.1'lik doz farkları belirlenmiştir.

Protez varlığındaki bu doz azalmaları protezin ince, orta, kalın kısmında ve dikey ekseni boyunca yapılan analizde istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0.05). Co-Cr-Mo ve Co-Cr-Mo-Ti protezleri karşılaştırıldığında ise, protezlerin ince ve orta kısımlarındaki doz düşürme oranları istatistiksel olarak anlamlı bulunmamıştır (p>0.05). Ancak protezlerin kalın kısımlarında ve dikey eksenleri boyunca doz düşürme oranları istatistiksel olarak anlamlı bulunmuştur (p<0.05).

Sonuç olarak, kalça protezlerinin deneysel hata marjı aralığında radyasyonun doz dağılımında etkisinin olduğu belirlenmiştir. Radyoterapiye ihtiyaç duyulan kalça protezli bir hastanın (örneğin, prostat kanseri) tedavi planlaması yapılırken kalça protezinin %11.2-22.1 doz kayıpları dikkate alınarak tedavi planlamasının yapılması gerekmektedir.

References

1) Nielsen MS, Carl J, Nielsen J. A phantom study of dose compensation behind hip prosthesis using portal dosimetry and dynamic MLC. Radiother Oncol 2008;88(2):277-84.

2) Elvers B, Hawkins S, Russey W, Schulz G. Ullmann's encyclopedia of industrial chemistry. 1993. p. 167-77.

3) Agapito J. Radical radiation therapy for carcinoma of the prostate in patients with a single hip prosthesis: a technique analysis using dose-volume histograms. Med Dosim 2001;26(3):243-50.

4) Alecu R, Alecu M, Loomis T, Ochran T, He T. Traditional and MLC based dose compensator design for patients with hip prostheses undergoing pelvic radiation therapy. Med Dosim 1999;24(1):33-7.

5) Su A, Reft C, Rash C, Price J, Jani AB. A case study of radiotherapy planning for a bilateral metal hip prosthesis prostate cancer patient. Med Dosim 2005;30(3):169-75.

6) Carolan M, Dao P, Fox C, Metcalfe P. Effect of hip prostheses on radiotherapy dose. Australas Radiol 2000;44(3):290-5.

7) Ding GX, Yu CW. A study on beams passing through hip prosthesis for pelvic radiation treatment. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2001;51(4):1167-75.

8) Ercan T. Effect of hip prosthesis on megavoltage beam radiotherapy. Radiotherapy and Oncology 1996;40(1):119.

9) Dobbs J, Barrett A, Ash D. Practical radiotherapy planning. 3rd ed. London: Arnold; 1999. p. 1-33.

10) UROK temel radyoterapi, radyasyon fiziği ve radyobiyoloji kurs kitapçığı. 2002. s. 45-58.