Cr-51 Kullanılarak Yapılan Karaciğer Sintigrafisi İçin Üç Kritik Organa İlişkin Dozların Belirlenmesi Ve Mırd Metodu İle Karşılaştırılmalı Değerlendirmesi

Abstract

Bu yüksek lisans tez çalışmasında Cr-51 gama radyoaktif elementi kullanılarak karaciğerin sintigrafik olarak görüntülenmesine ilişkin kuramsal bir dozimetrik çalışma yapılmıştır. Bu bağlamda, kaynak organ olarak belirlenmiş olan karaciğerden, seçilen kritik organlara ilişkin ölçümlenen dozların değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Deneysel çalışmaların insan üzerinde yapılmasının zorluğu ve oluşturabileceği riskler göz önüne alınarak, fantom kullanılarak deneylerin gerçekleştirilmesi yoluna gidilmiştir. Bu amaçla, deneylerin gerçekleştirilebilmesi için öncelikle insan dokusuna eş değer yoğunlukta olan fantom malzemesi kullanılması benimsenmiştir. Bu bağlamda, bu Yüksek Lisans Tezinin deneysel kısmı için Antropomorfik Torso Fantom'un deneylerde kullanılması tercih edilmiştir. Kritik organların doz ölçümleri kümülatif olarak incelenmiştir. Ayrıca kritik organların saatteki absorbladıkları doz değerleri bir başka deyişle doz hızlarıda incelenmiştir. Bir diğer deyişle, belirli süreçlerde doz hızı değerleri ile ve organların belirli süreçlerde maruz kaldığı kümülatif dozların belirlenmesi için farklı deneysel çalışmalar yapılmıştır. Deneyin doz hızlarının belirleme aşamasında sintilasyon dedektörü kullanılırken, kümülatif doz belirleme aşamasında Termolüminesans dozimetreler (TLD) kullanılmıştır. TLD dedektörler, genel olarak dozimetrik amaçlı kullanılan aparatlardır. Direkt olarak soğurulan dozu ölçmek için kullanılmaktadırlar. TLD dozimetreleri radyasyona maruz kaldıklarında dozsal açıdan geniş aralığı algılamaktadırlar. Bu Yüksek Lisans tezinde yapılan deneylerde, doku eş değeri yüksek duyarlılıkta olan kart çip şeklindeki Lityum Florür (LiF) (TLD 100) dedektörleri kullanılmıştır. Bu dedektörler Türkiye Atom Enerjisi Kurumu- Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezinden elde edilmiştir. Bu çalışmada kuramsal olarak karaciğer sintigrafisi yapılmış olup, karaciğer sintigrafisine ilişkin deneysel bir çalışma yapılmıştır. Deneyde kullanılan Cr-51 gama radyoizotopunun yerleştirildiği organ karaciğer, kaynak organ olarak belirlenmiştir. Hedef organ olarak ise etkilenmesi önemli olacağı düşünülen beyin, tiroit ve gonatlar tayin edilmiştir. Esas itibariyle bu çalışma birkaç aşamadan oluşmaktadır. Bu çalışmada öncelik, çalışmada kullanılacak radyoizotopun belirlenme aşamasıdır. Karaciğer sintigrafisinde genel olarak Tc-99m radyoizotopu kullanılmaktadır. Cr-51 gama radyoizotopu ise genellikle dalak sintigrafisinde kullanılmaktadır. Fakat bu çalışmada, kuramsal olarak yüksek enerjili Cr-51 gama radyoizotopunun kullanımıyla bir karaciğer sintigrafisi yapılmış olsaydı, burada kullanılan aktivite değerindeki Cr-51 radyoizotopunun kritik organlara olan dozsal etkisinin nasıl olacağı araştırılmıştır. Bunun yanı sıra Cr-51 gama radyoizotopu gibi yüksek enerjiye sahip olan diğer radyoizotopların kullanılması durumunda bu çalışma neticesinde bir analoji yapılması da mümkün hale getirilmiştir. Bu sebeple, bu çalışmada yüksek enerjili ve uzun yarı ömürlü olan gama aktif Cr-51 radyoizotopu kullanılmaya karar verilmiştir. Bu radyoizotopun eldesi için Kromik Asit (H2CrO4) bileşiğinden faydalanılmıştır. Bu bileşik, İTÜ TRIGA MARK II Eğitim ve Araştırma Reaktörü'nde 15 dakika boyunca 250 KW güçte merkezi ışınlama tüpünde ışınlanarak (n, γ) reaksiyonu ile Cr-51 radyoizotopu elde edilmiştir. Daha sonra elde edilen bu radyoizotop karaciğer sintigrafisi amacıyla Antropomorfik Torso fantomun karaciğerine benchmark modeli ile yerleştirilmiştir. Daha sonra fantoma yerleştirilen Cr-51 radyoizotopunun kritik organlar üzerindeki ilk etkileri doz hızları bağlamda ve uzun vadede etkisi için ise kümülatif bağlamda deneysel olarak ölçülmüştür. Kritik organların doz hızı değerleri sintilasyon dedektörü kullanılarak, absorbladıkları kümülatif doz değerleri ise Termo Lüminesans Dozimetreler ( TLD) kullanılarak ölçümlenmiştir. Deneyin doz hızlarının ölçümü aşamasında Cr-51 radyoizotopunun; başlangıçta, ikinci yarı ömür, üçüncü yarı ömür ve dördüncü yarı ömürdeki dozimetrik etkileri incelenmiştir. Kullanılan dedektör, sintilasyon dedektörüdür ve radyoizotopun kritik organlar üzerindeki ölçümleme anındaki etkisini ölçmek için kullanılmıştır. Elde edilen doz hızları ile her bir kritik organ için etkin doz hız değerleri gözlemlenmiş ve bunlarla ilgili sonuçların mukayesesi yapılmıştır. Diğer bir aşama ise radyoizotopun oluşturduğu kümülatif etkilerin (TLD dozimetreleriyle) gözlemlenmesidir. 20 adet TLD TAEK-Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezinin Metroloji biriminden alınmıştır ve alınmadan önce her birinin kalibrasyonu yapılmıştır. Kalibrasyonu yapılan TLD'ler den 5 tanesi beyine, 4 tanesi tiroite, 5 tanesi gonata ve 6 tanesi de doğal ortam sayımı (background) almak üzere yerleştirilmişlerdir. Daha sonra her bir kritik organdan 1 günde, 7 günde, 15 günde ve 1 yarı ömürde tek tek alınan Termolüminesans dozimetreler TAEK-SSDL biriminde okunmuştur. Okunan değerlerden doğal ortam sayımı (background) doz okumaları çıkarılmıştır. Neticede mGy biriminde kümülatif dozlar elde edilmiştir ve kritik organların maruz kaldığı dozlar deneysel olarak gözlemlenebilmiştir. Deneyin bir diğer aşamasında ise doz hızları ve kümülatif anlamda ölçülen dozların kendi içlerinde mukayeseli değerlendirilmesi yapılmıştır. Neticede kritik organların kaynak organlara olan uzaklıklarıyla ilişkili olarak absorbladıkları dozların kendi içinde mantıklı sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Ters Kare Kanunu ilkesi ile ilgili olarak doz; noktanın radyasyon kaynağına olan uzaklığının karesi ile ters orantılı olarak azalma gösterdiğinden kritik organların absorbladığı doz miktarı da bu bağlamda kabul edilebilir doz değerleri vermiştir. Bu çalışmalardan ayrı olarak, yapılan deneyler neticesinde elde edilen deneysel doz değerlerinin sınanması için teorik olarak doz hesabı yoluna gidilmiş ve bu amaçla MIRD metodu ile hesaplamalar yapılmıştır. Böylelikle, ulaşılan deneysel ve teorik doz değerlerinin kıyaslanması mümkün olmuştur. Deneysel doz değerleri olarak kritik organların absorbladıkları kümülatif doz değerleri dikkate alınmış olup MIRD metodu ile kıyaslanması yapılabilmiştir. Karaciğer üzerine yerleştirilen Cr-51 gama radyoizotopunun kritik organlar üzerinde oluşturdukları dozların teorik olarak hesabı, MIRD (Medical Internal Radiation Dose) metodu kullanılarak gerçeklenmiştir. MIRD S-tabloları kullanılarak Cr-51 için kaynak organ olan karaciğerden hedef organlar olan tiroit ve gonata ilişkin teorik doz değerleri hesaplanabilmiştir. (Beyin için S değerleri tablolarında yer almadığından yalnızca bu iki organ dikkate alınmıştır.) Böylelikle, Cr-51 için S değerleri kullanılarak tiroit ve gonatın teorik olarak saatte absorbladıkları doz miktarları mGy biriminde MS Excel programı yardımı ile hesaplanmıştır. Neticede, deneysel ve teorik doz değerleri arasında fark kıyaslaması yapılmıştır ve yapılan fark hesabı sonucunda da, deneysel ve teorik hesaplamalar arasındaki farkın kabul edilebilir seviyelerde olduğu gözlemlenmiştir.

In this Master thesis, a theoratical dosimetric study was performed by using Cr-51 gamma radioisotope on liver scintigraphy. In this context, the source organ is determined as liver and the evaluation of measuring doses from source organ to selected three critical organs (thyroid, gonad and brain) is aimed. The phantom materials used have in the equivalent density of human tissue in order to perform this operation. In that respect, an Antropomorphic Torso phantom has been preferred in the experiments. The measurements of critical organs' doses were examined in two stages as acute and chronic doses. The dose measurements of critical organs was determined as cumulative dose. Moreover, the dose rate of critical organs was examined. The dose rate of critical organs is referred to the absorbed dose values of critical organs per hour. In other words, different experimental studies was utilized for dose rate assesment and cumulative dose assesment. In the phase of dose rate evaluation of the experiments, a scintillation dedector with Cs(Tl) crystals was used. Thermoluminescent dosimeters (TLD) were used for cumulative dose assesment. Thermoluminescent dosimeters are generally preferable apparatus for dosimetric purposes. They are used to measure absorbed dose directly. Thermoluminescent dosimeters detect a wide range of dose when they are exposed to radiation. In the experiments, Lithium Filorid (LiF) (TLD-100) dedectors which were provided from Turkish Atomic Energy Authority – Çekmece Nuclear Research and Training Center were used. These Thermoluminescent dosimeters have high sensitivity for tissue and tissue equivalent materials. They were shaped as chip cards. In this work, the theoratical liver scintigraphy was utilized. Because of that, Cr-51 radioisotope was put on liver and in this context, liver is appointed as source organ while brain, thyroid, and gonads has been appointed as the critical target organs. The selection of critical organs were as a result of the literature search. Essentially, this study consists of several stages. First priority of the study was determination of which radioisotope is going to be used in the study. Actually, for the liver scintigraphy, Tc-99m radioisotope is generally preferred. Cr-51 gama radioisotope is generally used for spleen scintigraphy. However, in this study Cr-51 gamma radioisotope was decided to be used for liver scintigraph due to its high energy and long half life. Therefore, an analogy can be done for radioisotopes which have this energy and half life Chromic Acid (H2CrO4) compound was utilized for the experimental application. It was irradiated in central thimble of Istanbul Technical University TRIGA MARK- II Research and Training Reactor at 250 kW for 15 minutes. Therefore, Cr-51 was created by (n, γ) reaction in the reactor. Afterwards, packages of the radioisotope were placed on liver of Antropomorphic Torso Phantom to simulate the liver scintigraphy. Afterwards, dose rate and cumulative doses on critical target organs due to Cr-51 gamma radioisotope on liver were observed. The dose rate values of critical organs was measured by scintillation dedector. The dosimetric effects of Cr-51 were measured at the beginning of the experiments, at the second half lives, at the third half lives and at the fourth half lives of the radioisotope. Effective dose values were measured for each critical organs and their results were compared with each other. Another stage of the experiment is determination of cumulative effects that are caused by the Cr-51 on the critical target organs by using Thermoluminescent dosimeters. 20 Thermoluminescent Dosimeters (TLD) had been taken from Turkish Atomic Energy Authority - Çekmece Nuclear Research and Training Center - Secondary Standart Dosimetry Laboratory. Thermoluminescent dosimeters (TLD) were calibrated and 5 of them were placed to brain, 4 of them were placed to thyoid, and 5 of them were placed to gonads. Additionally, 6 TLD dosimeters were positioned far from the phantom to measure background level. For cumulative dose evaluation, one TLD was taken from each critical organ after 1 day, 7 days, 15 days, and 1 half life. Thermoluminescent dosimeters were read in Turkish Atomic Energy Authority - Çekmece Nuclear Research and Training Center - Secondary Standart Dosimetry Laboratory. Net counts were calculated and consequently, cumulative doses were obtained in mGy units and the exposure dose of critical organs were observed successfully. Afterwards, dose rate and cumulative doses were compared. As a matter of fact the radiation dose decreases with increasing square of distance from point to radiation source. This situation is called as The Inverse Square Law in radiation physics. On account of this, the distance between critical organs and source organ is significant in terms of dose distribution. With respect to the inverse square law from the minimum dose to the maximum dose critical organs should be observed as brain, gonads and thyroid. In this context, the brain has the minimum dose and gonat absorbed dose is followed it, critical organ thyroid has the maximum dose via distance to source organ liver. In additional of the experimental study, theoratical dose levels were calculated by the MIRD (Medical Internal Radiation Dose) method for the target organs. MIRD tables give the S values which, depend on the relation between target organs and source organs. Therefore, theoratical doses of critical organs can be calculated successfully and can be evaluated for target organs. Theoratical and experimental dose values were compared and the differences were calculated by using MS Excel programme. It was understood that the difference between experimental and theoratical dose values were so closed to each other. Therefore, it can be said that the experiment was a success. Consequently, it can be said that Cr-51 gamma radioisotope is an applicable radioisotope for liver scintigrahy in spite of its high gamma energy and long half-life than others applicable radioisotopes in nuclear medicine. Furthermore, Antropomorphic Torso Phantom was an appropriate phantom for the simulation of the equivalent density of human body. The results showed that dose levels on critical organs (thyroid, gonad and brain) were acceptable for liver scintigrahy by using Cr-51 gamma radioisotope.