DOZIMETRIJA ZRAENJA( Senada Halilovi Ati, Medicinski fiziar, Sluba za Medicinsku fiziku i radijacijsku sigurnost, KCUS)

1. DOZIMETRIJA ZRAENJA

Kvalitet proizvedenog zraenja moe se razlikovati u ovisnosti od maine kojom je proizveden. Kvalitet zraenja zavisi od tipa zraenja, njegove energije i mogunosti prodiranja. Ove karakteristike trebale bi biti eksperimentalno mjerljive i uporedive. Nekoliko fizikalnih mjerenja, mjernih tehnika i jedinica pomae poveanju radioterapijske efikasnosti u skladu s osnovnim principom primum non noncere. Dozimetrijski parametri mogu se dobiti izvoenjem mjerenja direktno na pacijentu, to je tzv. in vivo dozimetrija ili koristei vodene fantome ili fantome koji su ekvivalentni ljudskom tkivu.

1.1 Fantomi Fantomi su modeli konstruisani od materijala koji su ekvivalentni ljudskom tkivu i koriste se za odreivanje apsorpcionih i reflekcionih karakteristika zraenja ljudskog tijela ili pojedinih organa u ljudskom tijelu. Materijali od kojih su izgraeni fantomi su ekvivalentni ljudskom tkivu u smislu njihovih karakteristika kada su ozraeni X zraenjem ili elektronima. Meka tkiva, kosti i plua su ekvivalentni stvarnim gustoama istih. Meka tkiva su oblikovana zagrijavanjem plastinih materijala iste ili sline gustoe. Efektivni atomski broj mekog tkiva je 7.30 1.25%, a njegova gustoa je 0.985 1.25% gcm-3. Iako plua imaju isti atomski broj kao i meko tkivo (7.30 gcm-3) njihova gustoa je 0.32 0.01 gcm-3. Kosti koje se koriste u fantomima imaju iste gustoe kao i kosti ljudskog tijela. Fantomi su se obino sastoje od vie slojeva na kojima su izdubljene upljine za postavljanje dozimetara. Dozimetri mogu biti TLDovi ili jonizacijske komorice. Slojevi su razliite debljine u ovisnosti od potreba korisnika te od proizvoaa fantoma. Na Slici 1.1 prikazan je fantom sa debljinom slojeva 2.5 cm te upljinama za TLD dijametra 2.5-6 mm.

Slika 1.1 Alderson RANDO fantom Osim fantoma koji imaju oblik dijelova ljudskog tijela koriste se i vodeni fantomi. Vei dio ljudskog tijela ini voda pa je stoga voda jako dobar medij za razna dozimetrijska mjerenja. Vodeni fantomi su zapravo plastine posude ispunjene vodom i uglavnom se koriste za apsolutnu dozimetriju. Vodootporna jonizacijska komorica moe se postaviti na pokretni nosa unutar vodenog fantoma. Nosa se moe kretati u tri dimenzije te se na taj nain mogu dobiti krivulje procentualne dubinske doze, PDD. Slika 1.2

Slika 1.2 Vodeni fantom

1.2 Procentualna dubinska doza (PDD)

Odnos (izraen u procentima) doze apsorbovane na nekoj zadatoj dubini Dx i maksimalne doze Dmax za odreeni SSD (Source Surface Distance) i veliinu polja naziva se procentualna dubinska doza i oznaava se sa DD%.

(1.2.1)

DD% se takoer definisana i kao doza na specifinoj dubini i funkcija je udaljenosti, veliine polja i energije snopa zraenja. Krivulje procentualne dubinske doze pruaju informaciju o kvaliteti zraenja i njegovoj energiji. PDD je bitna za odreivanje dozne distribucije unutar pacijenta odnosno homogenosti apsorbovane doze. Apsorbovana doza definisana je kao srednja energija koja je predata jonizirajuim zraenjem materiji mase m u konanom volumenu V: D=d dm

(1.2.2) Jedinica apsorbovane doze je Jkg-1, odnosno specijalna jedinica Gy. PDD krivulje kreiraju se crtanjem DD% vrijednosti za razliite dubine poevi od povrine fantoma.

Slika 1.3. PDD krivulje za snopove X zraenja energija 4, 6, 10, 18, 25 MV i Co

1.3 Izodozne krivulje

Izodozne krivulje dobijaju se spajanjem taaka u fantomu ili ciljnom volumenu koje primaju istu dozu zraenja. Izodozen krivulje izraunavaju se na osnovu razliitih dozimetrijskih mjerenja i propisana doza se uzima kao 100%. Krive se predstavljaju procentualnim redom a zatim koriste za formiraje grafikona izodozne distribucije unutar volumena koji se eli zraiti. Koritenjem izodoznih krivulja tokom planiranja radioterapijskog tretmana distribucija doze zraenja na ciljni volumen zraenja i okolna zdrava tkiva moe se posmatrati iz razliitih uglova. Kod predstavljanja izodoznih krivulja y osa predstavlja dubinu tkiva ispod povrine koe dok x osa predstavlja opseg polja.

Slika 1.4. Primjer izodoznih krivulja kod radioterapijskog plana za tretman karcinoma plua

Na slici 1.4. prikazana je apsolutna distribucija apsorbovane doze unutar ciljnog volumena i okolnog zdravog tkiva. Crvena struktura na slici predstavlja CTV (Clinical Target Volume), zelena je PTV (Planning Target Volume). Plavom izodoznom linijom obuhvaen je cijeli volumen CTV-ja i odreeni volumen PTV-ja odnosno volumen koji prima dozu od 60 Gy. uta i zelena izodozna linija obuhvataju volumene tkiva koji primaju 57 Gy i 25 Gy, respektivno.

Slika 1.5. Prikaz izodoznih krivulja za: a) otvoreno polje X zraenja energije 6 MV, b) polje X zraenja enerije 10 MV u koje je umetnut klin od 45, c) asimetirno polje

1.4. Dozni profili

Karakteristike isporuenog zraenja mogu se odrediti odreenim mjerenjima jonizacijskom komorom unutar vodenog fantoma. Ove karakteristike odnose se prvenstveno na penumbru (polusjenu), simetriju i plosnatost (flatness) snopa zraenja odreene energije.

Slika1.6. Dozni profil i njegove komponente

Slika 1.7. Mjerenje doznih profila u vodenom fantomu

Penumbru ili polusjenu definiemo kao podruje u kojem brzina doze opada sa 80% na 20%. Razlikujemo nekoliko tipova polusjena:

Geometrijska, nastaje usljed utjecaja veliine izvora, to je vei izvor vea je polusjena. Transmisiona, nastaje usljed utjecaja ivica blokova i kolimatora.

Faktori koji poveavaju polusjenu su poveanje SSD-a, poveanje dijametra izvora te poveanje distance izvor-kolimator SCD. Plosnatost snopa F odreena je nalaenjem taaka maksimalne Dmax i minimalne doze Dmin na doznom profilu unutar 80% irine snopa te zatim koristei relaciju koja povezuje te veliine:

(1.4.1) Standardna tolerancija za linearne akceleratore za plosnatost snopa je F < 3%. Simetrija snopa S, se obino odreuje na dubini na kojoj je doza maksimalna. Oblast ispod te maksimalne dubine na doznom profilu na svakoj strani (lijevo i desno) na centralnoj osi snopa prostire se na oko 50% doznog nivoa i rauna se prema formuli:

(1.4.2) Povrina ispod maksimalne dubine na profilu esto se odreuje koristei automatsku opciju na vodenom tanku (3D izodozni ploter).