40 – 100 kVp X-ışını demet kalitelerinde borosilikat cam ve boroksit ile kalsiyum sülfat yüklemeli parafinin zayıflatma özelliklerinin incelenmesi ve ön kol veya bacağı temsil eden bir su ekstremite fantomu ile karşılaştırılması

Abstract

Diyagnostik radyolojide, klinik uygulamalardan önce hasta dozlarının ve görüntü kalitesinin doğru bir şekilde fantomlarla belirlenmesi için bazı doku eşdeğeri malzemelerin radyasyon azaltma özelliklerinin bilinmesi önemlidir. Bir malzemenin doku eşdeğeri kabul edilebilmesi için dikkat edilen en önemli özeliği insan dokusuyla aynı azalım özelliklerine sahip olmasıdır. Piyasada bu amaçla yaygın olarak kullanılan fantomlar mevcuttur, örneğin PMMA (polimetil metakrilat), bazı plastikler, su vb. Bu tezde borosilikat camın X-Işını azalım özellikleri ölçülmüş ve normal cama göre yarı değer kalınlığı (HVL) değerleri açısından karşılaştırılmıştır. Tüm ışınlamalar 40-100 kVp radyolojik enerji aralığında EN/IEC 61267 protokolüne uygun olarak RQR X-Işın demetleri ile yapılmıştır. Daha sonra doku eşdeğeri fantom üretmek amacıyla Bor oksit (B2O3) ve Kalsiyum sülfat (CaSO4) bileşikleri ayrı ayrı parafinle (CnH2n+2) karıştırılmıştır. Son olarak bir borosilikat cam tüp, hem B2O3 katkılı parafinle hemde CaSO4 katkılı parafinle doldurulmuş ve azalım özellikleri, PMMA'dan yapılmış, ön kolu veya bacağı temsil eden bir ekstremite su fantomu ile karşılaştırılmıştır. Tüm ölçümlerde X-Işın transmisyon verileri radyometrik benç yerleştirilmiş 28 cm3 PTW-tipi, kalibrasyonlu bir iyon odası ile elde edilmiştir. Tüm fantomlar için ölçülmüş doz değerlerinden elde edilen HVL değerleri açısından azalım özellikleri belirlenmiştir.Borosilikat cam için elde edilen HVL değerinin normal cama göre daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle radyolojik enerji aralığındaki X-ışınlarında borosilikat cam zırhlama açısından daha az etkilidir. Bu durum temel olarak camın içerisinde yoğun bir şekilde bulunan Bor elementinin düşük atom numarasından kaynaklanmaktadır (Z=5). Bu yüzden, borosilikat cam, Kalsiyum sülfat katkılı parafin gibi diğer katkılarla birlikte kullanıldığında kemik malzemesini temsil edebilir. Örneğin parafin %20'ye varan oranlarda CaSO4 ile karıştırıldığında foton azalım özellikleri HVL cinsinden 70 kVp'de %36 kadar değişmiştir. Buna karşılık önerilen fantomlara B2O3 katkılandığında, foton azalım etkisi (HVL cinsinden) ilgilenilen radyolojik enerji aralığında belirgin bir değişiklik gözlenmemiştir. Bu karışımlar, kolaylıkla imal edilebilen doku eşdeğeri, homojen fantomlar üretmek için kullanılabilirler. Aynı zamanda karışım oranlarının değiştirilebilir olması, kullanıcının farklı doku tiplerini temsil edebilmesine izin verir, özellikle kemik dokusu için. Ekstremite fantomlarını temsil etmesi için, PMMA su dolu fantomun HVL değerleri, %18 Kalsiyum sülfat içeren parafin karışımı dolu borosilikat cam borudan %2,6-%23,3 aralığında değişmektedir. Bu tezde transmisyon ölçümlerinin ayrıntıları verilmiştir ve önerilen fantom karışımları açısından tartışılmıştır.

In diagnostic radiology, the knowledge of attenuation properties of some tissue equivalent materials is required for the accurate characterization of patient doses in phantoms before the clinical applications. Since the main interest for being tissue equivalent is to have a similar attenuation characteristic of human tissue, some tissue equivalent materials such as PMMA (polymethyl methacrylate), plastics, water etc. are generally used to produce commercially available phantoms. In this thesis, the X-ray attenuation properties of borosilicate glass were measured and compared with those of normal glass in terms of HVL(half-value layer). All irradiations were carried out in the radiologic energy range of 40–100 kVp by use of seven RQR X-ray beams in accordance with EN/IEC 61267 protocol. Then, boron oxide (B2O3) and calcium sulphate(CaSO4) are sequentially mixed with paraffin (CnH2n+2) to produce tissue equivalent phantoms. In the end, the borosilicate glass tube are filled by paraffin mixed with either B2O3 or CaSO4, and its attenuation are compared with that of an extremity water column fantom, made of PMMA representing the forearm or leg (pillar phantom). In all measurements, the X-ray transmission data were obtained from a 28 cm3 PTW-type, calibrated ionization chamber placed in a radiometric bench. Then the attenuation properties are characterized in terms of the first HVL (half-value layer) from the measured dose values for all phantoms.It is found that the first HVL for borosilicate glass is higher than that of normal glass, thus yielding to borosilicate glass is less effective for shielding of X-rays in the radiologic energy range. This might mainly due to its high content boron element, which has a low atomic number (Z=5). Therefore this implies that borosilicate glass can be mimic the bone material together with use of other additives such as paraffin loaded by calcium sulphate. For instance, when paraffin was mixed with different amounts up to 20% CaSO4, the attenuation properties as HVL are changed by 36% at 70 kVp. On the other hand, the results for HVLs for the proposed phantom mixtures indicated that B2O3 additive did not make any changes in the attenuation properties of paraffin in radiological energy range of interest. These mixtures may be used for the production of homogenous, approximate tissue equivalent phantoms which can easily be fabricated. Also changing the mixing ratio can allow the user to simulate and mimic different tissue types especially for bone tissue. In order to represent an extremity phantom, the HVL for PMMA water pillar phantom differ from that the present borosilicate glass tube containing the mixture of paraffin and 18% calcium sulphate by 2.6%-23.3%. In this thesis, the details of transmission measurements are given and discussed for the proposed phantom mixtures.