Magnetic Resonance Polymer Dosimetry (MRPD) Dose Modulation Transfer Function (DMTF)

Transcript

1 مقايسه تفكيك پذيري MR ژل دوزيمتري و فيلم دانسيتومتري بر اساس DMTF بررسي قدرت تفكيك پذيري فضايي پليمر ژل دوزيمتري بر پايه تصويربرداري تشديد مغناطيسي در مقايسه با دانسيتومتري فيلم بر اساس تابع انتقال مدولاسيون دوز ۴ ۳ ۲ * ۲ رضا مقدم درودخاني نادر رياحي عالم عباس تكاور كاووس فيروزنيا پيمان حداد ۵ بهروز رفيعي مرتضي بختي ۶ - - ۲-۳ - ۴-۵ - ۶-۷ اري ۶ ۷ زهره تيز مغز احسان محمدي دانش ا موخته كارشناسي ارشد فيزيك پزشكي گروه فيزيك و مهندسي پزشكي دانشكده پزشكي دانشگاه علوم پزشكي تهران تهران ايران استاد گروه فيزيك و مهندسي پزشكي دانشكده پزشكي دانشگاه علوم پزشكي تهران تهران ايران دانشيار گروه راديولوژي و مركز تصوير برداري بيمارستان امام خميني ) ره ) دانشگاه علوم پزشكي تهران تهران ايران دانشيار گروه راديوتراپي بيمارستان امام خميني ) ره ( دانشكده پزشكي دانشگاه علوم پزشكي تهران تهران ايران كارشناس ارشد گروه راديولوژي و مركز تصوير برداري بيمارستان امام خميني ) ره ) دانشگاه علوم پزشكي تهران تهران ايران كارشناس ارشد گروه راديوتراپي بيمارستان امام خميني ) ره ( دانشكده پزشكي دانشگاه علوم پزشكي تهران تهران ايران كارشناس گروه راديوتراپي بيمارستان امام خميني ) ره ( دانشكده پزشكي دانشگاه علوم پزشكي تهران تهران ايران تاريخ دريافت : ۲۰ ۸۹ / ۶ / تاريخ پذيرش مقاله : ۸۹ / / ۳۰ * نويسنده مسو ول : دكتر نادر رياحي عالم ا درس : گروه فيزيك و مهندسي پزشكي دانشكده پزشكي دانشگاه علوم پزشكي تهران ايران riahinad@sina.tums.ac.ir / ۵۵ مجله فيزيك پزشكي ايران دوره ۸ شماره پياپي ) ۳۰ مقدمه : تلفن : ۶۶۴۶۶۳۸۳-۰۲ چكيده بيشتر روشهاي دوزيمتري قادر به ا شكارسازي دوز در كمتر از يك ميليمتر نيستند در حاليكه پليمر ژل دوزيمتري بر پايه تشديد مغناطيسي توانايي دوزيمتري سه بعدي با رزولوشن بالا را دارا مي باشد اما رزولوشن فضايي بر اساس تابع انتقال ۲ مدولاسيون دوز براي چنين سيستمي هنوز بررسي نشده است. لذا در اين مطالعه قدرت تفكيك پذيري فضايي پليمر ژل دوزيمتري بر پايه تشديد مغناطيسي در مقايسه با سيستم فيلم دانسيتومتري بوسيله تابع انتقال مدولاسيون دوز در رزولوشنهاي فضايي بالا مورد بررسي قرار گرفته اند. مواد و روشها : نمونه هاي ژل پليمري و فيلم راديوگرافي با فوتونهاي كبالت ۶۰ از طريق يك شبكه جاذب با ساختار پريوديك با پريودهاي فضايي مختلف ) 5μm ( =/a,80,55 تابش داده شده اند. در سيستم تصويربرداري پليمر ژل دوزيمتري پارامتر انتخابي ) زمان ا سايش عرضي ( T در تصاوير دوز بر پايه تصوير برداري تشديد مغناطيسي چند اكويي با دستگاه با شدت ميدان مغناطيسي / ۵ تسلا محاسبه مي شود. در سيستم فيلم دوزيمتري پارامتر انتخابي دانسيته نوري فيلم راديوگرافي مي باشد كه با دانسيتومتر با رزولوشن ۲۰۰ ميكرون اندازه گيري شده است. تابع انتقال مدولاسيون دوز از تغيير عمق مدولاسيون در زمان ا سايش اسپين - اسپين (T) و تغيير دانسيته نوري فيلم بعد از رسم منحنيهاي كاليبراسون R(=/T) برحسب دوز و دانسيته نوري برحسب دوز بدست مي ا يد. نتايج پليمر ژل با فيلم مقايسه مي شود. نتايج : بعد از رسم پروفايل مربوط به توزيع دوز در زير شبكه جاذب دو قله مينيمم و ماكزيمم در كمترين پريود ۵۶۰ ميكرون به سختي قابل تشخيص بوده هر چند كه مدولاسيونهاي مربوط به زوج خط ۰۵۰ ميكرون و ۲۲۵۰ ميكرون به خوبي قابل تشخيص مي باشد. عمق مدولاسيون براي ۲۲۵۰ ميكرون شبكه ۰۰ درصد در نظر گرفته شده و مدولاسيونهاي ديگر بر اساس اين مدولاسيون ماكزيمم سنجيده شده اند. براي فيلم دانسيتومتري در ۰۵۰ ميكرون عمق مدولاسيون به % ۳۵ كاهش يافته و در ۵۶۰ ميكرون به % ۹ دامنه ماكزيمم كاهش يافته است. در مقايسه مقادير مربوط به پليمر ژل دوزيمتري براي فركانسهاي مذكور بترتيب % ۳۰ و % ۷ مي باشند. تابع انتقال مدولاسيون دوز در رزولوشن ۲۰۰ ميكرون براي سيستمهاي فيلم و پليمر ژل دوزيمتري بترتيب برابرند با ۰ / ۳۵ ۰ / ۰۹. ۰ / ۳۰ ۰ / ۰۷ نتيجه گيري : اين مطالعه نشان مي دهد كه نزول تابع انتقال مدولاسيون دوز در فركانسهاي فضايي بالاتر وابسته به سيستم تصويربرداري بوده و لذا بررسي تابع انتقال مدولاسيون دوز براي سيستم فيلم دانسيتومتري در بردارنده قدرت تفكيك پذيري فضايي بالاتري نسبت به ( بهار - ۶۳ : ۹۰ ۵۵ ( سيستم پليمر ژل دوزيمتري در رزولوشن ۲۰۰ ميكرون مي باشد. ) مجله فيزيك پزشكي ايران دوره ۸ شماره پياپي ) ۳۰ واژگان كليدي : دوزيمتري تابع انتقال مدولاسيون دوز پليمر ژل دوزيمتري بر پايه تصويربرداري تشديد مغناطيسي قدرت تفكيك پذيري دوز فيلم دانسيتومتري استراحت سنجي Magnetic Resonance Polymer Dosimetry (MRPD) Dose Modulation Transfer Function (DMTF)

2 رضا مقدم درود خاني و همكاران - مقدمه پيشرفتهاي راديوتراپي مدرن براي ا نكولوژي نظير درمانهاي تخريبي براكي تراپي و پرتودهي با انتقال انرژي خطي زياد اغلب به منظور تصحيح موضعي دوز درمان طراحي شده اند. پرتوجراحي استريوتاكتيك ] [ و راديوتراپي با شدت تغيير يافته براي تحويل بيشترين دوز به ناحيه هدف و رسيدن كمترين دوز به ارگانهاي مجاور بحراني طراحي شده اند. در شتابدهنده هاي خطي براساس پرتوجراحي استريوتاكتيك كاربردهاي چاقوي گاما [ ۳ ] و تابش بتا براساس براكي تراپي گراديانهاي دوز بالاتر از ۴ گري در ميليمتر به راحتي كاربرده مي شوند ] ۳ - هر چند روشهاي پرتودرماني فوق براي انتقال دوز در حجمهاي كوچك يك ميليمتر مكعب طراحي شده اند اما بيشتر روشها قادر به ا شكارسازي دوز در كمتر از يك ميليمتر نيستند. از طرفي اگر چه الگوريتم هاي محاسبه دوز در روشهاي مونت كارلو در دسترس هستند ولي اطمينان كيفي با دوزيمترهاي با رزولوشن فضايي بالا هنوز جاي ]. در اين رابطه بهترين نتايج در مورد قدرت بحث دارد ] ۴ تفكيك پذيري فضايي براي اتاقك يونيزاسيون نقطه اي كوچك دايودهاي كوچك و ا شكارسازهاي الماس گزارش شده است. سازي الماس اگر چه دايودهاي سيليكون كوچك ا شكار [ ۵ ] و صفحه هاي خيلي كوچك دايود ترمولومينسانس رزولوشن در حدود ۲۵۰ ميكرون در يك جهت نشان مي دهند اما بدست ا وردن يك نقشه دوز دو بعدي با ا شكارسازهاي مذكور خيلي وقت گير است. بنابراين فيلمها عمدتا براي ا شكارسازي توزيع دوز دو بعدي نسبي استفاده مي شوند ۶-۵ ] در حاليكه فيلم دوزيمتري و اتاقك يونيزاسيون معادل بافت نبوده و به انحرافات در اثر وجود الكترونهاي ثانويه در حجم نيز حساس مي باشند لذا قدرت تفكيك پذيري فضايي ا نها نيز از عدم وجود تعادل الكترونهاي جانبي تا ثير مي پذيرد ۷ ] علاوه بر اين فيلم دوزيمتري هاليد نقره داراي محدوديت هاي عمده اي از قبيل تغيير پاسخ چگالي نوري با انرژي فوتون به خصوص در محدوده انرژي پايين و غير همگني مي باشد ] ۸ هدف روشهاي ا شكارسازي دوز بر پايه تشديد مغناطيسي گسترش دستگاههاي با رزولوشن بالا مي باشد. هر چند اولين روش دوزيمتري ژل فريك كه حساس به تغيير تابش با چگونگي اكسيداسيون يونهاي ا هن از طريق ميزان ا سايش طولي مي باشد داراي پايداري موضعي كمي در برابر ديفيوژن ]. ژل دوزيمتري فريك داراي يونها بعد از تابش مي باشد ] ۹ رزولوشن فضايي محدودي مي باشد ] ۴ ژل دوزيمتري با ژل دوزيمتر ا هن دار و تصويربرداري تشديد مغناطيسي هسته اي نخستين بار به سال گور توسط ۹۸۴ و همكارانش صورت گرفت و تا به امروز تجربه هاي بسيار زيادي در زمينه ژل دوزيمتري صورت گرفته است ] ۰ تجربه هاي ابتدايي در ژل دوزيمتري بوسيله ژل دوزيمتري Fe دار صورت پذيرفت و امروز تحقيقات بيشتر به سمت ژل دوزيمترهاي پليمري گردش پيدا كرده است. اولسن و همكارانش در سال ۹۹ ) مشتمل بر ۲۰ از يك چاقوي گاما چشمه كبالت ۶۰ كه روي سطح داخل يك نيمكره پخش و همسو شده بودند ( براي تابش دهي به يك فانتوم كه با اگاروز ژل دوزيمتري ا هن دار پر شده بود استفاده كردند و تطبيق خوبي بين منحني هاي هم دوز حاصل از ژل دوزيمتر با MRI و سيستم طراحي درمان بدست ا وردند جز اينكه مركز اندازه گيري شده از روي تصاوير MRI براي توزيع دوز ميليمتر شده توسط فريم استرو تاكتيك متفاوت بود ] به علت محدوديتهاي پخش با مركز تعيين يونهاي ا هن دار در ژل دوزيمتري فريك و مخدوش شدن توزيع دوز با زمان و به دنبال جستجوي جايگزيني مناسب براي ا ن به سال ۹۹۳ براي اولين بار استفاده از تصويربرداري MRI پليمر ژل دوزيمترها توسط ۲ ماريانسكي و همكارانش پيشنهاد شده Diffusion Maryanski / ۵۶ مجله فيزيك پزشكي ايران دوره ۸ شماره پياپي ) ۳۰

3 ه ب مقايسه تفكيك پذيري MR ژل دوزيمتري و فيلم دانسيتومتري بر اساس DMTF است. ژله هاي پليمري كه جايگزين ژله هاي فريك شدند پليمر ژل دوزيمتري كه بوسيله ماريانسي در سال ۹۹۳ [ ۶ ] گرچه مشكل ديفيوژن نداشتند ولي نياز به وجود پيشنهاد شد يكي از روشهاي مناسب ا شكارسازي گلاوباكس جهت برقراري فشار مثبت نيتروژن داشته و علاوه بر ا ن سمي و سرطانزا نيز بودند كه ساخت ا نها را دوز مي باشد كه اطلاعات سه بعدي را به دست مي دهد و معادل بافت است ] ۹-۷ ( T ) در شرايط عادي غير ممكن مي ساخت ] ۲ زمان ا سايش اسپين - اسپين حساسيت بيشتري به ( T ) در سال ۲۰۰ ميلادي اولين بار گروه فانگ در ا مريكا يك فرا يند پليمريزاسيون نسبت به زمان ا سايش طولي نوع ژل پليمري بنام ۲ ماجيك پيشنهاد كرد كه در شرايط نشان مي دهد. عادي قابل ساخت بود و تا حدود ۴۰ گري نيز داراي پاسخ خطي بوده و از طرفي ميزان سمي بودن ا ن پايين تر از ] بعلاوه در ۲۰۰ ساير ژل هاي پليمري موجود بود ] ۳ ميلادي ۳ دين و همكارانش نزديكي يك چشمه نقطه اي مونومري استفاده كردند. براي بررسي توزيع دوز در 9 Ir از ژل پليمري و در تحقيقات اين گروه اشكال مختلف توزيع دوز مورد بررسي قرار گرفته و مشكلات متدولوژيكي كه موجب خطاهاي اندازه گيري توزيع دوز مي شود مطالعه شده است. در اين تحقيق اشاره شده كه بعضي فرا يندهاي فيزيوشيميايي مانند نفوذپذيري اكسيژن ۴ مربوط به مواد سازنده كاتترها يا اثرات پخش ژل كه در حين تابش بروز مي كند چگونه دقت اندازه گيري توزيع دوز را تحت تا ثير قرار مي دهد. علاوه از ا نجا كه اين گروه از تصويربرداري تشديد مغناطيسي هسته اي براي خواندن اطلاعات ژل استفاده كرده است اثرات حساسيت هاي مغناطيسي متفاوت ژل و كاتتر به سيستم MRI نيز مورد بررسي قرار گرفته است ] ۴ ۵ هرلي و همكارانش در سال ۲۰۰۲ دريافتندكه نتايج حاصل از دزيمترهاي ژله اي نورموكسيك درصورت استفاده از قدرت ۶ تفكيك پذيري بالا در MRI انطباق بسيار كاملي با سيتم ۷ طراحي درمان پلاتو دارد و استفاده هاي گسترده تر از ا ن را در براكي تراپي توصيه كرده اند ] ۵ يك مدولاسيون Ds با دورة فضايي a در مختصات x شيي و فركانس فضايي ( v = v( در نظر گرفته مي شود : a D ( x ) = D ( + sin( πν x )) s o ( ) مدولاسيون مربوط به توزيع دوز تصوير تابع انتقال مدولاسيون دوز دست مي ا يد : D i ( x ') T(x' x) بوسيلة يا تابع گسترش نقطه دوز به object وابسته است و از رابطه زير به D ( i x ') = D ( + DMTF. sin( π vx ' ϕ )) o ( ۲ ) D i بنابراين مي توان گفت كه توزيع دوز تصوير ) ' x ( دوز خروجي سيستم اندازه گيري را نشان مي دهد كه مشابه توزيع دوز شيي يك مدولاسيون پريوديك اما با دامنه متفاوت و ) ν ( مي باشد. جابجايي فاز وابسته به فركانس فضايي تابع انتقال مدولاسيون دوز را مي توان به صورت نسبت كنتراست تصوير دوز به كنتراست مدولاسيون دوز چشمه :[ بيان كرد كه وابسته به فركانس است ] ۲۰ DMTF ( ν ) = DIC DSC D DMTF = DIC = D i max i max ( ۳ ) كه = DSC بنابراين داريم : ( x ' ) D ( x ' ) + D i min i min ( x ') ( x ' ) D ( ν ) = D ( ν ref.) ( ۴ ) در فيلم دوزيمتري چگالي نوري به عنوان منفي لگاريتم مبناي ده انتقال نوري كاليبره شده با دوز بكار برده شده در محدوده حساسيت يك فيلم خاص تعريف شده است ] ۲۰ ]. Fong MAGIC 3 Deene 4 Diffusion 5 Hurley 6 High Resolution MRI 7 Plato Treatment Planning System / ۵۷ مجله فيزيك پزشكي ايران دوره ۸ شماره پياپي ) ۳۰

4 رضا مقدم درود خاني و همكاران - ۲ مواد و روشها مدولاسيونهاي پريوديك دوز را مي توان در شتابدهنده هاي خطي مدرن با يك كليماتور چند صفحه اي كوچك براي پرتوجراحي استريوتاكتيك بدست ا ورد. پريودهاي فضايي در حدود با توجه به اينكه ۲۵۰ ميكرون هنوز به صورت متداول در سيستم هاي تصويربرداري قابل دسترسي نيست بنابراين هدف ما استفاده از يك شبكه جاذب براي بدست ا وردن مدولاسيون هاي دوز در ميدان تابش كبالت ۶۰ مي باشد. بنابراين يك طرح تابشي بصورت زير در نظر گرفته مي شود يك چشمه فوتون كبالت ۶۰ انتخاب مي شود ) ميدان تابش ۰۰ سانتيمتر مربع و فاصله چشمه تا فيلم ۸۰ سانتيمتر ). در فاصله حدود ۸۰ سانتيمتر يك كليماتور شبكه اي در بالاي ظرف حاوي پليمر ژل يا فيلم قرار گرفته است. شبكه جاذب ) شكل ( از ا لياژ برنج ساخته شده است كه براي مدولاسيون دوز مي باشد و داراي برش هاي پريوديك داراي پهناي حدود ۰۵۰ ۵۶۰ و a= ۲۲۵۰ ميكرون مي باشد كه در ضخامت ۸ ميليمتر ماده جاذب برنجي برش داده شده اند. شكل - تصوير فتوگرافيك يك شبكه جاذب (برنج ضخامت ۸ ميليمتر ( براي مدولاسيون ميدان تابش فوتون. برشهاي كوچك در سمت چپ ) ۵۶۰ ميكرون ( مي باشد. طول جانبي برش ها نيز نشان داده شده است ) ۴ ميليمتر.( شبكه جاذب در يك ديواره نازك ) ميليمتر ( پرسپكس ) ۲ ۳۴ ۴۵ ميليمتر مكعب ( قرار داده شده است كه از ا ب پر شده است. ا ب برشهاي گريد برنجي را پر مي كند و باعث مي شود كه سطح دوز ماكزيممم جلوي فيلم يا سطح ژل ايجاد شود. پليمر ژل حساس به دوز در ظرف استوانه اي ) به طول ۰۰ ميليمتر و عرض ۲۵ ميليمتر و ضخامت ميليمتر ( ريخته شده است. اصول ا شكار سازي در MRPD براي افزايش حساسيت ميزان ا سايش عرضي به دوز بكار برده شده مي باشد. شكل پليمر در زمان ا سايش عرضي مولكول هاي متحرك تا ثير مي گذارد كه اين اثر به كمك تصويربرداري تشديد مغناطيسي ا شكار شده است. در اين مطالعه از ژل مجيكا ۹ درصد استفاده شده است كه تركيب ا ن براي تهيه ۰۰۰ گرم ژل به صورت زير مي باشد. ۹۰ گرم متااكريليك اسيد ۹ ) درصد وزن ژل ) اسكوربيك اسيد ۸۰ گرم ژلاتين ۰ / ۳۵۲ ۰ / ۰۲ گرم سولفات مس با ۵ گرم مولكول ا ب ۲ گرم هيدروكينون ۸۲۸ گرم ا ب غير يونيزه و ۵ گرم ا گاروز ] ۳ قدرت تفكيك فضايي بالا در ژل دوزيمتري با دستگاه GE ساخت شركت MRI با ميدان مغناطيسي مدل Signa echo speed / ۵ تسلا شامل يك سيستم گراديان قوي و يك تشديد كننده امواج راديويي كوچك و كويل Dual TMJ بدست ا مده است. براي انجام كاليبراسيون ژل لوله دوزهاي هايي محتوي ژل با ۲۰ ۷ / ۵ ۵ ۲ / ۵ ۰ ۷ / ۵ ۵ ۲ ۰ ۲۲.۵ و گري پرتودهي شدند و نرخ ا سايش اسپين - اسپين ( R=/T ) با برازش يك تابع نزول نماي ي منفرد بر شدت سيگنال بر حسب زمان اكو در هر پيكسل در يك Matrix توالي چند اسپين اكويي ) cm FOV = 0 TE=0, 40, 60, 80ms اكو ۴ Size=56 x 56 Slice Thickness = NEX= TR=400 ms ( Gap= mm mm محاسبه شدند. مقدار R در مركز تمام لوله ها اندازه گيري و در جدول كاليبراسيون قرار داده شدند و رابطه بين دوز و R با انجام برازش تعيين شد ) شكل ۲). / ۵۸ مجله فيزيك پزشكي ايران دوره ۸ شماره پياپي ) ۳۰

5 مقايسه تفكيك پذيري MR ژل دوزيمتري و فيلم دانسيتومتري بر اساس DMTF R (/msec) R Dose Calibration of Gel y = x Dose (Gy) شكل - ۲ منحني كاليبراسيون ) منحني R برحسب دوز ). نمودار خطي با شيب ۰ / ۰۰۰۵ در ميلي ثانيه در گري مي باشد. شكل نشان مي دهد كه پاسخ پليمر ژل به دوز در محدوده دوز بين صفر و ۲۰ گري بطور خطي با افزايش دوز زياد مي شود. صفحه پرسپكس بوسيلة ظرف پرسپكس حاوي ا ب ۲ ميلي متري كه گريد جاذب درون ا ن قرار دارد جايگزين شده است و ژل زير گريد جاذب قرار گرفته است. سپس ۵ ژل با دوز گري تابش داده شد. تصاوير محوري با رزولوشن بالا بوسيله يك توالي چند اسپين - اكويي Pixel TE=0, 40, Slice Matrix size=5 x 5 FOV=0 cm ) NEX=4 size=0.99 x 0.99 mm ۴ اكو TR=400 ms 60,80ms ( Gap= mm Thickness = mm براي برشهاي مختلف بدست ا مده اند. نقشه هاي T با برازش يك تابع نزول نماي ي منفرد بر شدت سيگنال بر حسب زمان اكو در هر پيكسل محاسبه شده اند. يك پروفايل T در راستاي يك خط بدست ا مده و تابع انتقال مدولاسيون دوز با استفاده از رابطه بين دوز و T بدست مي ا يد. در اين پروژه از فيلم هاي راديوگرافي كداك استفاده شده و پاسخ دوز ا نها با چگالي نوري مقايسه شده است. كاليبراسيون يك صفحه پرسپكس به ضخامت ۲ براي ميليمتر براي تعادل الكترونهاي ثانويه بالاي فيلم قرار داده شده است. براي فيلم راديوگرافي با دوزهاي بين ۴ و ۵۰ سانتي گري ۲ در گام هاي سانتي گري تابش داده شده است. براي كاليبراسيون ابتدا فيلم ها بوسيله يك اسكنر دانسيتومتريك با بالاترين قدرت تفكيك ) ۲۰۰ ميكرون ( اسكن شده و توسط يك نرم افزار ديجيتاليزه شده اند. سطوح مختلف در مركز فيلم در تمام دوزها انتخاب شده و ميانگين چگالي نوري در جدول كاليبراسيون قرار داده شدند و رابطه بين دوز و چگالي نوري با انجام برازش تعيين شد. تنظيم مشابهي براي تعيين توزيع دوز در زير گريد جاذب استفاده شده است صفحه پرسپكس بوسيلة ظرف پرسپكس حاوي ا ب ۲ ميلي متري كه گريد جاذب درون ا ن قرار دارد جايگزين شده است و فيلم زير گريد جاذب قرار گرفته است. سپس فيلم با دوز ۴۰ سانتي گري تابش داده شده است بعد از ظهور مناسب فيلم مطابق ا نچه در بالا گفته شد ديجيتايز شده و سپس يك تصوير از الگوي مدوله شده دوز و يك پروفايل دوز با بكار بردن رابطه دوز و چگالي نوري بدست ا مده است. براي بدست ا وردن تابع انتقال مدولاسيون دوز معمولا تابع انتقال مدولاسيون در سيستم هاي تصوير برداري بررسي شده است عمق مدولاسيون در فركانس هاي بالاتر ) كنتراست تصوير دوز ( به عمق مدولاسيون در فركانس هاي پايين تر وابسته است فرض شده است مدولاسيون در فركانسهاي پايين تر حاوي عمق مدولاسيون توزيع دوز چشمه است و مدولاسيون چشمه در فركانسهاي بررسي شده ثابت است. به عنوان خلاصه تا بع انتقال مدولاسيون دوز معمولا به عنوان نسبت عمق مدولاسيون فركانسهاي فضايي بالاتر به فركانس فضايي صفر بيان مي شود كه وابسته به فركانس است. بنابراين عمق مدولاسيون در فركانسهاي بالاتر به مدولاسيون در فركانس پايين تر وابسته است. مدولاسيون Di عمق براي پريودهاي فضايي مختلف از پروفايل بدست مي ا يد. رابطه تابع انتقال مدولاسيون دوز عبارتست از : D DMTF ( ν i ) = D ( ν i ) ( ν ) / ۵۹ مجله فيزيك پزشكي ايران دوره ۸ شماره پياپي ) ۳۰

6 رضا مقدم درود خاني و همكاران مجموعه كامل مدولاسيون ها به صورت درصد براي فركانس هاي فضايي مختلف اندازه گيري شده است و با نتايج دوزيمتر اسكنر فيلم مقايسه مي شود. - ۳ نتايج - - ۳ نتايج پليمر ژل دوزيمتري بر پايه تصويربرداري تشديد مغناطيسي رزولوشن فضايي در جهت y بوسيله افزايش اندازه پيكسل محدود مي شود. با تفريق دوز جذبي در سطوح زير شبكه برنجي مي توان يك مدولاسيون شدت را مشاهده كرد. در دورترين فاصله از شبكه جاذب در حالت برشهاي نازك در سمت راست مدولاسيون كاملا مشاهده نمي شود. كبالت ۶۰ اين اثر ممكن است نتيجه اندازه محدود چشمه باشد. ) جهت ( y تابش داده شده است. پليمر ژل از طريق شبكه جاذب از بالا تصاوير محوري وزني ا سايش اسپين - اسپين رزولوشن بالا ) اندازه پيكسل ۰ / ۹۹ ۹۹ ۰ / ميليمتر مربع ( براي برشهاي مختلف با ضخامت ۲ ميليمتر با فاصله ميليمتر بدست ا مده اند. تصاوير وزني ا سايش اسپين - اسپين براي يك نزول نماي ي منفرد از ۴ اكو با زمان اكو بين ۲۰ و ۸۰ ميلي ثانيه محاسبه شده اند. تصوير T در شكل ۳ نشان داده شده است. شكل - ۳ تصوير T محوري بدست ا مده از يك نمونه ژل تابش داده شده در زير گريد. مكان برش با در نظر گرفتن جهت تابش ) محورy ها ( انتخاب شده است. ۴ در شكل پروفايل بدست ا مده براي تابع انتقال مدولاسيون دوز در راستاي خط تيره نشان داده شده است. ماكزيمم و مينيمم مدولاسيون دوز مطابق ابعاد برش ها مشاهده شده است. عمق مدولاسيون به عنوان اختلاف بين دوز ماكزيمم و مينيمم درنظر گرفته شده است.( D = 3. 4 Gy, =Gy ) ν D = Gy ν 3 D ν دو ماكزيمم درسمت راست مربوط به مينيمم در تصوير T و متعلق به برشهاي كوچكتر ۵۶۰ ميكرون در شبكه جاذب مي باشد. مدولاسيون دوز Di با افزايش فركانس فضايي در سمت راست كاهش مي يابد. مدولاسيون مربوط به ساختار پريوديك كوچكتر ۵۶۰ ميكرون به روشني قابل مشاهده است ) فلش ). Dose(Gy) x position(m m ) شكل - ۴ پروفايل دوز محاسبه شده از پروفايل T در طول خط سياه نشان داده شده در شكل ) ۳ اندازه پيكسل ۲۰۰ ميكرون ( عمق مدولاسيون Di براي پريودهاي فضايي مختلف از شكل ۴ بدست ا مده اند. محاسبه تا بع انتقال مدولاسيون دوز براي پريود ۵۶۰ ميكرون براي نمونه ا ورده شده است : DMTF ( ν 3 =. 78 mm D ( ) = D ν 3 ) ( ν ) = = مجموعه كامل مدولاسيون ها به صورت درصد براي فركانس هاي فضايي مختلف در جدول ساختارهاي ريز ) µm560 ν = /( يا ا مده است. براي ( a = 560 µ m عمق مدولاسيون % ۷ بدست ا مده است. شكل ۵ منحني كاليبراسيون فيلم است. شكل تغييرات دانسيته نوري را برحسب دوز نشان مي دهد كه با افزايش دوز دانسيته افزايش يافته است. / ۶۰ مجله فيزيك پزشكي ايران دوره ۸ شماره پياپي ) ۳۰

7 مقايسه تفكيك پذيري MR ژل دوزيمتري و فيلم دانسيتومتري بر اساس DMTF Dose(cGy) Optical Density y = 7.098x x x x position (mm) (b) شكل ۶ - ) a ( فيلم اسكن شده در زير شبكه جاذب ) اندازه پيكسل Dose (Gy) شكل - ۵ منحني كاليبراسيون فيلم. شكل تغييرات دانسيته نوري را برحسب دوز نشان مي دهد كه با افزايش دوز دانسيته افزايش يافته است. - ۲-۳ نتايج فيلم دوزيمتري فيلم هاي راديوگرافيك بوسيله يك دانسيتومتر در بالا ترين رزولوشن ) اندازه پيكسل ۲۰۰ ميكرون ( اسكن شده ويك تصوير از چگالي نوري زير شبكه جاذب به دست ا مده كه در شكل (a) ۶ نشان داده شده است. عمق مدولاسيون براي چهار فركانس فضايي مختلف بدست ا مده است = 0.0Gy و D ν = 0.08Gy D ν = 0.30Gy ) ). دو برش كوچك مطابق دو ماكزيمم كوچك در D ν 3 سمت چپ مي باشند. عمق مدولاسيون حدود ۹ % ) سمت چپ ( مدولاسيون ماكزيمم ) پريود ۲۲۵۰ ميكرون ( در سمت راست كاهش يافته است. مينيمم و ماكزيمم در كمترين پريود ) ۵۶۰ ميكرون ( به سختي از طريق رزولوشن اسكن اسكنر ) جدول ( قابل تفكيك است. براي بررسي كمي يك پروفايل مدولاسيون با درون يابي داده ها بدست ا مده ۲۰۰ ميكرون ).(b) پروفايل دوز محاسبه شده از طريق اسكن بوسيله دانسيتومتر. مدولاسيون هاي مربوط به پريودهاي ۲۲۵۰ ۰۵۰ ميكرون شبكه ها مي تواند تشخيص داده شود اما برش هاي كوچك ) ۵۶۰ ميكرون ( به سختي قابل تمييزاند. عمق مدولاسيون براي ۲۲۵۰ ميكرون شبكه در % ۰۰ تنظيم شده و مدولاسيون هاي ديگر نسبت به اين مدولاسيون ماكزيمم سنجيده شده اند. در ۰۵۰ ميكرون عمق مدولاسيون به % ۳۵ كاهش يافته و در ۵۶۰ ميكرون به حدود % ۹ دامنه ماكزيمم كاهش يافته است. - ۳-۳ مقايسه نتايج پليمر ژل دوزيمتري و فيلم دوزيمتري نتايج پليمر ژل دوزيمتري و فيلم دوزيمتري با در نظر كردن تابع انتقال مدولاسيون دوز بطور كمي در جدول مقايسه شده اند. اگرچه عمق مدولاسيون براي پليمر ژل دوزيمتري به سرعت با فركانس فضايي دامنه در حدود ν / ۷ ν = 560 µ m كاهش مي يابد جفت خط در هر ميليمتر هنوز مقادير حدود % ۷ ) 50µm ν = / ( را داراست. ماكزيمم در در مقايسه مدولاسيون دوز براي سيستم اسكنر - فيلم به حدود % ۹ كاهش يافته است. نزول تابع انتقال مدولاسيون دوز با افزايش فركانس براي يك سيستم تصوير برداري در محدوده رزولوشن وابسته به نوع سيستم است. ۰۵۰ پريود دوزيمتري ۳۰ % براي ساختارهاي با ميكرون عمق مدولاسيون بوسيله پليمر ژل در مقايسه با % ۳۵ براي اسكنر فيلم (a) است ) شكل (b) ۶.( / ۶ مجله فيزيك پزشكي ايران دوره ۸ شماره پياپي ) ۳۰

8 رضا مقدم درود خاني و همكاران دوزيمتري بدست ا مده است اگرچه اختلاف مدولاسيون خيلي زياد نيست. هر دو روش تصوير برداري دوز توان بدست ا وردن مدولاسيون در ۵۶۰ ميكرون را نشان داده اند هر چند با پليمر ژل دوزيمتري بهتر انجام شده است. شكل ۷ كاهش عمق مدولاسيون دوز ا شكار شده با افزايش فركانس فضايي براي پليمر ژل دوزيمتري بر پايه تصويربرداري تشديد مغناطيسي و سيستم اسكنر فيلم محدودة رزولوشن فضايي مربوط به سيستم دوزيمتريك را نشان مي دهد. DMTF DMTF Comparsion 0 spatial frequency(/mm) DMTF DMTF شكل - ۷ مقايسه تغييرات تابع انتقال مدولاسيون دوز با فركانس فضايي براي دو سيستم پليمر ژل دوزيمتري.( DMTF ( ( DMTF ) و فيلم - اسكنر كه نشان مي دهد تابع انتقال مدولاسيون دوز ژل دوزيمتري سريعتر از فيلم - اسكنر نزول مي كند. جدول - عمق مدولاسيون دوز براي فركانس هاي فضايي مختلف V ۲۸۰ ۰ / ۴ ۵۲۵ ۰ / ۹ ۲۵ / ۷ پهناي برش گريد ) ميكرون ( فركانس فضايي گريد ميليمتر ( ۰ / ۳۰ ۰ / ۳۵ ۰ / ۰۷ ۰ / ۰۹-۴ بحث ) زوج خط در عمق مدولاسيون پليمر ژل دوزيمتري عمق مدولاسيون سيستم اسكنر فيلم مفهوم تابع انتقال مدولاسيون دوز فقط در دقت مكاني نسبي در فرايند تصويربرداري دوز قابل دسترسي است. براي كنترل كيفي در دوزيمتري دقت مكاني مطلق شامل تمام مراحل تصوير برداري طراحي درمان محاسبه دوز و موضع درمان مي باشد. اين مقاله دقت مطلق دوز در طراحي درمان كلينيكي را با تمام جزي يات بررسي نمي كند بلكه فقط تعدادي از مساي ل مربوط به پليمر ژل دوزيمتري رزولوشن بالا و سيستم اسكنر فيلم بررسي شده است. در تصويربرداري دوز رزولوشن فضايي و عدم قطعيت دوز معيار كنترل كيفي هستند. قدرت تفكيك دوز به عنوان توانايي تمييز دوز تعريف شده است. و عمدتا بوسيله نويز T پارامتر انتخابي تصوير برداري تشديد مغناطيسي محدود مي شود. در اين مقاله مفهوم تابع انتقال مدولاسيون دوز و پليمر ژل دوزيمتري بر پايه تصويربرداري تشديد مغناطيسي به عنوان ابزاري براي بدست ا وردن قدرت تفكيك پذيري فضايي مستقل از روش تابش بيان شده است. فيلم هاي راديوگرافي كداك به عنوان ابزار كلينيكي استاندارد براي اشعه هاي فوتون درماني در رژيم دوز پايين بين ۴ و ۵۰ سانتي گري از طريق قدرت تفكيك پذيري هندسي و اطلاعات دو بعدي در است. دسترس استفاده شده تمام مدولاسيون ها در چگالي نوري در فركانس هاي بالاتر به روشني مشاهده شده اند. هر چند بعد از ديجيتايز كردن در كوچكترين اندازه پيكسل قابل دسترسي خطوط در تصوير اسكن شده را به سختي مي توان جدا كرد. مدولاسيون دوز بدست ا مده بين دو برش باريك ) ۵۶۰ ميكرون ( تقريبا ظاهر نشده است كه نشاندهندة قدرت تفكيك پذيري محدود سيستم اسكنر دانسيتومتريك مي باشد. و در نهايت نتايج پليمر ژل دوزيمتري با فيلم دوزيمتري مقايسه شده است ) جدول ). - ۵ نتيجه گيري نتايج نشان مي دهد كه فيلم دانسيتومتري در رزولوشن اسكن ۲۰۰ ميكرون ممكن است بهتر از يك سيستم تصويربرداري پليمر ژل دوزيمتري بر پايه تشديد مغناطيسي با رزولوشن ۲۰۰ پيكسل ميكرون مي باشد. هر چند رزولوشن بالا در صفحه ممكن است با اسكنرهاي فيلم طراحي شده به صورت ويژه در ارزيابي محدود شده به دو بعد بدست مي ا يد اما پليمر ژل دوزيمتري راه رسيدن به توزيع دوز سه بعدي را اراي ه مي نمايد. نتايج تابع انتقال مدولاسيون دوز نشان مي دهد / ۶۲ مجله فيزيك پزشكي ايران دوره ۸ شماره پياپي ) ۳۰

9 مقايسه تفكيك پذيري MR ژل دوزيمتري و فيلم دانسيتومتري بر اساس DMTF كه قدرت تفكيك فضايي در پليمر ژل دوزيمتري مي تواند بهتر از ۲۸۰ ميكرون باشد كه وابسته به تجهيزات تصويربرداري تشديد مغناطيسي مي باشد. - ۶ تشكر و قدرداني اين مقاله حاصل پايان نامه دانشجويي كارشناسي ارشد است نويسندگان مقاله از معاونت محترم پژوهشي دانشگاه علوم پزشكي تهران بخاطر حمايتهاي مالي تشكر و قدر داني مي نمايد.. Pappas E, Seimenis I, Angelopoulos A, Georgolopoulou P, Kamariotaki Paparigopoulou M, Maris T, et al. Narrow Stereotactic beam profile measurements using N vinylpyrrolidone based polymer gels and magnetic resonance imaging. phys Med Biol 00 Mar;46(3): McJury M, Tapper PD, Cosgrove VP, Murphy PS, Griffin S, Leach MO, Webb S, Oldham M. Experimental 3D dosimetry around a high dose rate clinical 9Ir source using a polyacrylamide gel(pag) dosimeter. Phys Med Biol. 999 Oct;44(0): Soares CG, Halpem DG, Wang CK. Calibration and characterization of beta particle sourses for intravascular brachytheraphy. Med Phys. 998 Mar;5(3): Tseng YJ, Chu WC, Chung WY, Guo WY, Kao YH, Wang J, et al. The role of dose distribution gradient in the observed ferric ion diffusion time scale in MRI Fricke infused gel dosimetry. Magn Reson Imaging. 00 Jul;0(6): Heidarian M, Hoban PW, Beddoe AH. A comparison of dosimetry tecnicues in sterotactic radiosurgery. Phys Med Biol. 996 Jan;4(): Rice RK, Hansen JL, Svensson GK, Siddon RL. Measurements of dose distributions in small beams of 6Mev x rays. Phys Med Biol. 987 Sep;3(9): Manens JP, Buchheit I, Beauvais H, Gaboriaud G, Mazal A, Piret P. Dosimetrie des faisceaux de photons de faibeles dimensions [Dosimetry of small size photo beams]. Cancer radiother. 998 Mar Apr;(): Oldham M, Siewerdsen JH, Kumar S, Wong J, Jaffray DA. Optical CT gel dosimetry I: Basic investigations. Med Phys. 003 Apr;30(4): Balcom BJ, Lees TJ, Sharp AR, Kullarni NS, Wagner GS. Diffusion in Fe(II/III) radiation dosimetry gels measured by MRI. Phys Med Biol. 995 Oct;40(0): Gore JC, Kant YS, Schulz RJ. Measurement of radiation dose distributions by Nuclear Magnetic Resonance Imaging. Phys med boil. 984 Oct;9(00: Olsson LE, Fransson A, Erucssib A, Mattssons. MRI maging of absorbed dose distributions for radiotherapy using ferrous sulfate gels. Phys med Biol. 990 Dec;35(): Maryanski MJ, Ibbott GS, Eastman P, Schulz RJ, Gore JC. Radiation therapy dosimetry using magnetic resonance Imaging of polymer gels. Med phys. 996 May;3(5): Fong PM, Keil DC, Does MD, Fore JC. Polymer Gels for Magnetic Resonance imaging of Radiation Dose Distributions At Normal Room Atmosphere. Phys Med Biol. 00 Dec;46(): De Deene Y, De Wagter C, Van Duyse B, Derycke S, De Neve W, Achten E. Three dimensional dosimetry using polymer gel and magnetic resonance imagin applied to verification of conformal radiolarian therapy in head and neck cancer. Radiother Oncol. 998 Sep;48(3): Hurley C, McLucasb C, Pedrazzinib G, Baldock C. High resolution gel dosimetry of a HDR brachytherapy source using normoxic polymer gel dosimeters: Preliminary study. Nucl Instrum Methods Phys Res A. 006 Sep;565():80. / ۶۳ مجله فيزيك پزشكي ايران دوره ۸ شماره پياپي ) ۳۰ منابع

10 رضا مقدم درود خاني و همكاران 6. Maryanski MJ, Gore JC, Kennan RP, Schulz RJ. NMR relaxation enhancement in gel poliymerized and cross linked by ionizing radiation: a new approach to 3D dosimetry by MRI. Magn reson Imaging. 993; (): Maryanski MJ, Ibbot GS, Estman P, Schulz RJ, Gore JC. Radiation theraphy dosimetry using magnetic resonance imaging of polymer gels. Med Phys. 996 May;3(5): Maryanski MJ, Schulz RJ, Ibbot GS, Gatenby JC, Xie J, Horton D, et al. Magnetic resonance imaging of radiation dose distributions using polymer gel dosimeter. Phys Med Biol. 994 Sep;39(9): Jirasek AJ, Duzenli C, Audet C, Eldridge J. Characterization of monomer/crosslinker consumption and polymer formation observed in FT Raman spectra of irradiated polyacrylamid gels. Phys Med Biol. 00 Jan; 46(): A. Berg M, Pernkopf M, Waldhausl C, Schmidt W, Moser E. High resolution MR based polymer dosimetry versus film densitometry: a systematic study based on the modulation transfer function approach. Phys Med Biol. 004 Sep;49(7): / ۶۴ مجله فيزيك پزشكي ايران دوره ۸ شماره پياپي ) ۳۰