İnhomojen dokularda analitik anizotropik ve pencil beam convolution algoritmalarıyla hesaplanan dozların karşılaştırılması

Abstract

İnsan vücudu kemik, akciğer ve yumuşak doku gibi farklı yoğunluklara sahip dokular içermektedir. Işının geçtiği dokularda su eşdeğeri olmayan inhomojen ortamların varlığı, doz dağılımlarında değişikliklere sebep olacaktır. Işınlanan dokularda dozun doğru olarak belirlenebilmesi için, doz hesaplama algoritmaları inhomojen yapılarda doğru modelleme yapmalıdır. Bu çalışmada yoğunluk ayarlı radyoterapi planlarında (YART) Anizotropik Analitik (AAA) ve Pencil Beam Convolution (PBC) algoritmalarının inhomojen dokulardaki doz dağılımları karşılaştırılmıştır. Ayrıca iyon odası ölçümleriyle hesaplanan ve ölçülen dozların uyumu incelenmiş, homojen ve inhomojen fantomlarda algoritmaların profil ve yüzde derin doz (YDD) eğrileri karşılaştırılmıştır. Bunun yanında AAA ve PBC kullanılarak hesaplanan YART planlarında hedef hacim içerisinde var olan hava eşdeğeri doku hacminin elde edilen doz dağılımına etkisi araştırılmıştır. AAA ve PBC'nin doz dağılımları karşılaştırıldığında, risk altındaki organların maruz kaldığı dozlar arasında klinikte ihmal edilebilecek fark saptanırken, hedef hacim içerisindeki sıcak doz bölgesinin hacmi AAA ile PBC'den anlamı olarak fazla bulunmuştur (p=0.005). Homojen fantomda hesaplanan ve ölçülen dozlar karşılaştırıldığında AAA planları için alamlı fark bulunamazken (p=0.074) PBC planları için anlamlı fark bulunmuştur (p=0.012) fakat bu fark %3'ten küçüktü. İnhomojen fantomda ise hesaplanan ve ölçülen dozlar karşılaştırıldığında AAA planları için anlamlı fark yokken (p=0.139) PBC planları için anlamlı fark saptanmıştır (p=0.007) ve bu fark %6'dan büyüktü. AAA ve PBC'nin homojen fantomdaki YDD ve profilleri arasında anlamlı fark olmamakla beraber inhomojen fantomdaki profil eğrilerinde, özellikle alan kenarlarında anlamlı fark bulunmuştur. İnhomojen fantomdaki YDD'ler incelendiğinde ise hava eşdeğeri dokuyu AAA ve PBC birbirlerinden farklı modellemişlerdir. Ayrıca, hedef içerisindeki hava eşdeğeri hacmin miktarı arttıkça, planlarda maksimum doz ve sıcak doz hacminin arttığı gözlenmiştir.

The human body consists of tissues, which have different densities. These inhomogeneous densities effect the dose distributions. In order to get accurate dose distribution in the intensity modulated radiotherapy (IMRT), treatment planning system dose calculation algorithms should model precisely. Dose distributions of Anisotropic Analytical Algorithm (AAA) and Pencil Beam Convolution (PBC) dose calculation algorithms in the inhomogeneous tissues were compared. Furthermore calculated doses were verified as dose measurements using ionization chamber. Moreover, dose profiles and percentage depth dose (PDD) curves created by AAA and PBC were investigated. Whether the amount of tissue volume with air density included by planning target volume has an effect on dose distribution was studied. Calculated organs at risk doses by AAA and PBC were significantly different but clinically negligible. On the other hand, hot spot region was larger in AAA than PBC plans (p=0.005). For homogeneous phantom, calculated and measured doses were not significantly different in AAA plans (p=0.074), in contrast significantly different in PBC plans (p=0.012), all the differences were limited within %3. For inhomogeneous phantom, calculated and measured doses were not significantly different for AAA (p=0.139), significantly different for PBC (p=0.007); this difference was >6%. While there was no significant difference between AAA and PBC created PDDs and dose profiles in the homogeneous phantom, significant difference was seen in the inhomogeneous phantom. Disparity was markedly seen in sharp in the regions outside the ? eld edge. Maximum dose and hot spot region increased with the amount of tissue volume with air density included by planning target volume for both algorithms.