Radyasyonla Madde Etkileşimi Radyasyonla madde etkileşiminde 3 önemli olay meydana gelir:
1. FOTOELEKTRİK OLAYI : Radyasyon en iç yörüngedeki elektron tarafından soğrulur. Ve elektron atomdan atılır. Bu olay düşük enerjilerde(35 KeV den az) meydana gelir. Büyük ölçüde soğuran maddenin atom numarasına(Z) bağlıdır. Bu olay düşük enerjiyi iyonize radyasyonun soğrulmasında kurşun ve daha yüksek atom numaralı maddelerin kullanılımında etkilidir. Aynı zamanda yumuşak dokudan daha fazla kemikte radyasyon absorbe olduğundan kemikte oluşur. Bu da diyagnostik radyolojinin esasıdır.
2.COMPTON OLAYI : Gelen radyasyon atomdan atılan zayıf bağlı elektronlar tarafından saçılır. B u olay radyasyon tedavisinde iyonize edici radyasyonun soğrulmasının en önemli kavramıdır. Dokuda geniş bir aralıkta (35-50 MeV) geçerlidir. Soğuran maddenin atom numarasına bğlı değildir. Dolayısiyle verilen tüm radyasyonu hemen hemen yumuşak doku ve kemik aynı oranda soğurur.
3.Çift Oluşum Radyasyon enerjisi parçacık çiftine dönüşür. Bir elektron ve bir pozitron (+ yüklü elektron) çift oluşumu enaz 1.02 MeV enerjide oluşur ve yüksek enerji (10 MeV den fazla) aralığında önemli hale gelir ve atom numarasına bağlıdır.
Ters Kare Kanunu Radyasyon demetinin şiddeti,(I) nokta kaynaktan olan uzaklığın (d) karesiyle ters orantılıdır: 2 I =1/d Bu bağlantı radyoterapide olduğu kadar radyasyondan korunmada da çok önemlidir. Radyoterapide kısa tedavi uzaklığı kullanıldığı zaman ters kare kanununa bağlı olarak dozda çabuk bir düşme görülür. Bu durum brakiterapide ve yüzeyel ışın radyoterapisinde de görülür. Braki kısa mesafe demektir. Dolayısiyle brakiterapi radyasyon kaynağı ile hedef arasında kısa mesafe ile tedavi demektir(radyoizotop implanlarında olduğu gibi). Yüksek enerjide eksternal radyasyon tedavisinde genellikle uzun tedavi mesafesi (teleterapi) (80-120 cm.) kullanılar Böylece dozdaki düşme daha küçüktür.

Radyoterapide kullanılan radyasyon miktarı maddenin birim kütlesinin soğurduğu enerji miktarı ile ölçülür. Bu miktara soğurulan enerji(absorbed dose) denir. Genellikle kullanılan birim rad dır. B ir gram madde tarafından soğrulduğunda,100 erg'lik enerji açığa çıkaran radyasyon miktarıdır. Kullanılan diğer birim Gray(Gy) olup kilogram başına soğrulan bir joule'ü gösterir. 1 Gy=100 rad ve 1 Gy = 100 cGy dir. Dokuya 1 cGy verildiği zaman her birim ağırlık aynı miktarda radyasyon alır. Verilen her cGy için dokunun her gramı 100 erg'lik enerji soğurur. Maalesef soğrulan dozun direkt ölçümü zordur ve pratik dğildir. Bunun yerine radyasyon demetinin havada oluşturduğu iyonizasyon miktarı ölçülür ve buna "radyasyon exposureéü denir. Ekspojür birimi Röntgen(R) dir. R=2.58 x10 üzeri -4 coulomb /kg hava 'dır. Soğuran dokunun absorbsiyon katsayısı ve ve radyasyon enerjisi hakkındaki bilgiler ve miktarından giderek soğrulan dozu hesaplayabliriz. Örneğin radyoterapide kullanılan yüksek enerji aralığında (1 MeV in üzerinde) havadaki bir röntgenlik ekspojür dozu yaklaşık olarak dokuda absorbe edilen 0.95 CGy'a eşdeğerdir.

X ışını cihazı, linear akseleratör, Betatron veya radyoizotopik Co 60 ünitesi gibi eksternal beam üniteleri eksternal bir üniteden hastaya radyasyon verirler. X ışını ünitelerinden ve radyoizotop kaynaklarından salınan radyasyon penetran güçleri ile karekterizedir. Işın gücünü yarıya indirgemek için gerekli soğurucunun kalınlığına Yarım kıymet tamakası (HVL) denir ve genellikle bakır, kurşun vya aliminyum olan soğurucunun milimetre veya santimetre cinsinden ifadesiidir. Yüksek enerji huzmeleri maksimum enerjileri ve % 50 dozun verildiği doku derinliği ile sıklıkla karekterizedir. Brakterapi Kaynakları genellikle tümör içine yerleştirilen (interstisyel) veya bir vücut kavitesindeki tümör yakınına (intrakaviter) yerleştirilen radyoizotoplardır. Brakiterapide kullanılan radyoizotoplara ait önemli özellikler; yarı ömürleri, salınan enerjiler ve yarı- değer tabakalarıdır.
Brakiterapide sıklıkla kullanılan radyoizotopların karekteristikleri

EKSTERNAL IŞIN ÜNİTELERİ

X-ışını Cihazları: Sıcak bir flamandan salınan elektronlar Tunsgten hedef üzerine hızla çarptırılır ve X ışını üretirler. Bu ünitelerden elde edilen ışınlar mono enerjirik değildir. X ışınlarının bir spektrumu da maksimumun 1/3 ortalama enerjisinde ve hızlandırılmış elektronların maksimum enersine eşit bir maksimum enerji ile üretilirler. Grenz ışınları 10 ila 30 KeV lik çok düşük enerjili X ışınlarıdır. Yüzeyel üniteler 30 ile 125 KeV lik X ışını üretirlerken Ortovoltaj ünitlerienen maksimum enerjisi 125 ile 500 KeV arasındadır. Linear akseleratörler ve Betatronlar : Süpervoltaj veya megavoltaj enejileri olarak anılan 1 MeV in üzerindeki enerjiler bu ünitelerle kolaylıkla elde edilir. B ir Linear akseleratör bir dalga rehberliğinde linear bir yol boyonca elektronları hızlandırır. B ir Betatronda sirküler bir yörünge boyunca değişen bir magnetik alan elektronları hızlandırır. H eriki ünitede de bu elektronlar elektron tedavisi için doğrudan elde edilebilirler veya yüksek enerjili X ışını elde etmek için bir hedef üzerine yönlendirilebilirler. X ışını cihazları gibi hızlandırıcı potansiyel ile sınırlandırılmış maksimum bir enerjiyle bir X ışını enerjileri spektrumu elde edilir. Yüzeyel ve bazı ortovoltaj radyasyondan farklı olarak megavoltaj radyasyonun absorbsiyonu absorban dokudan relatif olarak bağımsızdır. Zira fotoelekrik olay yerine Compton Olayı hakimdir. Bu gerçek penetrasyon derecesinin büyüklüğü ve cilt koruması ile çiftlenerek megavoltaj radyasyon tedavisini radyasyon onkologları için çok önemli bir vasıta yapmaktadır.
Eksternal Işınları için Cilt Koruma ve % 50 Derinlik Dozu

Cobalt 60 : Co 60 radyoterapide yararlı radyasyon üreten yapay bir radyoaktif izotoptur. C o 60 Ni 60 a bozulduğunda 1.117 ile 1.33 MeV arasında ortalama 1.25 MeV lik gamma radyasyonu üretir. Bu radyoaktif kaynağı hacimli bir kurşun tedavi başlığı içine yerleştirerek izotropik salınan radyasyon bir tedavi huzmesi içine kollime edilebilir. Cilt koruma ve daha iyi ışın penatrasyonu özellikleri ile Co ünitelerinin ortovoltaj ünitelerine üstün avantajları vardır. Co üniteleri Betatron veya akseleratörlerden daha az karmaşık olduklarından daha az bakım gerektirirler. Co 60 ın yarı ömrü yaklaşık 5 yıldır ve dolayısiyle kaynaklar her birkaç yoılda çok düşük ışın çıkışını önlemek için değiştirilmelidir. Akseleratör ve Betatronla mukayese edildiğinde Co ünitesinin bir dezavantajı relatif olarak geniş radyoizotop kaynağının kullanılmasıdır. Co 60 radyoterapide yararlı radyasyon üreten yapay bir radyoaktif izotoptur. Co 60 Ni 60 a bozulduğunda 1.117 ile 1.33 MevV arasında ortalama 1.25 MeV lik gamma radyasyonu üretir. Bu radyoaktif kaynağı hacimli bir kurşun tedavi başlığı içine yerleştirerek izotropik salınan radyasyon bir tedavi huzmesi içine kollime edilebilir. Cilt koruma ve daha iyi ışın penatrasyonu özellikleri ile Co ünitelerinin ortovoltaj ünitelerine üstün avantajları vardır. Co üniteleri Betatron veya akseleratörlerden daha az karmaşık olduklarından daha az bakım gerektirirler. Co 60 ın yarı ömrü yaklaşık 5 yıldır ve dolayısiyle kaynaklar her birkaç yoılda çok düşük ışın çıkışını önlemek için değiştirilmelidir. Akseleratör ve Betatronla mukayese edildiğinde Co ünitesinin bir dezavantajı relatif olarak geniş radyoizotop kaynağının kullanılmasıdır ki Co kaynağının büyüklüğü ile ilişkili olarak daha geniş penumbradan dolayı tedavi alanının sınırları tam keskin değildir. Aynı zamanda penetrasyon derinliği de okadar iyi olmayabilir. Derin Doz Eğrileri Derin doz eğrisi genellikle su veya doku gibi absorban materyal bünyesinde deriniliğin bir fonksiyonu olarak verilen maksimum dozun yüzdesini yansıtır. Değişik radyasyon huzmelerinin relatif derin doz dağılımları birbirlerinden farklı olup yüksek enerjiliierde doku penetrasyonu ve cilt korumasında artış vardır. Derin doz dağılımları alan büyüklüğü ve, radyasyon kaynağı ve absorban madde arasındaki uzaklık gibi faktörler yanında ışın enerjisi gibi değişik faktörlere de bağımlıdır. Elektron doz profillerinde penetrasyon aralığı MeV cinsinden enerjinin yaklaşık olarak yarısının cm cinsinden ifadesidir. Aynı zamanda MeV cinsinden elektron enerjisinin yaklaşık 1/3 ü maksimum dozun %80 inin verildiği cm cinsinden derinliktir. Örneğin 12 MeV elektronun 6 cm. L ik aralığı vardır ve maksimum dozun % 80 i 4 cm dedir. Elektron ve foton ışınlarını 1/2 oranında kombine ederek oluşan" karışık hüzme" nin derin doz karekteristiği bu iki hüzme arasında ortalamasını bulur. Bu teknik derin dokuların korunumu gereken ortalama derinliklerdeki optimal bir dozu vermenin gerektiği tedavi planlamasında yararlıdır.

İnterstisyel Brakiterapi Bir hedef volüm içine radyoaktif izotop implantasyonu interstisyel Brakiterapi tekniği içindedir. Bu vesile ile hedef volüm bünyesinde yüksek güçte bir radyasyon vermek mümkün olur. İnterstisyel implantlar ya daimi ya da geçicidir. Daimi olarak implante edilen radyoizotoıpların genellikle gün cinsinde kısa yarı ömürleri ve düşük radyasyon enerjileri (HVL=cm doku) vardır ve dolayısiyle sınırlı bir doku bünyesinde veya kısa bir zaman sürecinde dozun hatırı sayılır bir yüzdesini verirler. Geçici olarak implante edlen izotopların aylar ve yıllar itibariyle yarı ömürleri uzun olup yüksek radyasyon enerjileri sıklıkla 100 KeV in üzerindedir ve genellikle toplumu radyasyona maruz bırakmamak veya implanr çevresindeki nermal dokuları olması gerekenden fazla tedavi etmemek için implantın birkaç gün içinde çıkarılması gerekir. İmplant için kullanılan radyoizotopik materyel tohum,iğne, tel ve şerit gibi çeşitli şekillerde olabilir. Tohumlar özel dizayn edilmiş enjeksiyon tabancalarıyla implante edilir. Tohumlar aynı zamanda tümör içine iple bağlı olarak naylon sritler içine yerleştirilir. İnterstisyel implantlar ya radyoizotopun direkt implantasyonu (preloading) ya da bir afterloading (sonradan yükeme tekniği kullanarak yapılır. Afterloading ile içi boş çelik iğneler lezyon içine yerleştirilir. Daha sonra plastik tüpler iğnelerin içine yerleştirilir. Arkasından iğneler plastik tüpleri lezyon içinde bırakarak çekilir. Tatminkar bir implant düzenlemesi yapılınca radyoaktif izotop tel içi boş rehber plastik tüplerin içine ucu ipli olarak sokulur ve tüplerin uçlarında metal düğmeli olarak bağlanır. Afterloadin tarzında bu yerleştirme hızla gerçekleştirilebilir ve sıklıkla hasta odasında yapılır ki, personel gereksiz ışın alımından korunur. Daimi implant olarak kullanılan tipik izotoplar Au-198 ve I-125 tir. A u-198 in yarı ömrü sadece 2.7 gündür. Bu sebeple dozun % 50 si ilk 2.7 günde verilir. İmplant yerleşimini takibeden 2 haftadan az bir sürede (yaklaşık 5 yarı ömür) Au 198 implantları implant esnasındaki aktivitelerinin % 5inde azına düşerler. B u kısa yarı ömür Au 198 i daimi implant için yararlı bir radyoizotop yapar. I 125'in daha uzun bir yarı ömrü vardır( Yaklaşık 60 gün). Ancak 2 cm doku yarı değer tabakalı çevre doku tarafından hızla absorbe edilen düşük enerjili radyasyon(25 KeV gamma, 21 KeV beta) salar. Bu sebepten dolayı I 125 in düşük radyasyon enerjisi onu daimi implantlar için önemli bir radyoizotop yapar. Tipik bir geçici implantasyon izotopu da I-192 dir. Yarı ömrü 74 gün olan relatif olarak yüksek enerjili(300-612 KeV) gamma radyasyonu verir. Hedef volüme Ir 192 teller şeklinde direkt olarak uygulanabilir ve o volüme önceden belirlenen dozu vermek için gerekli zaman süresince orda bırakılır. Ir 192 genellikle şerit şeklinde,afterloading tekniği ile de uygulanabilir.

İntrakaviter Brakiterapi İntrakaviter brakiterapi özellikle uterin ve servikal karsinomlar gibi jinekolojik malignitelerde sıklıkla kullanılır. Özel içi boş aplikatörler uterin kanal(tandem aplikatörü) ve vajinal forniksler (colpostat veya ovoid)içine yerleştirilir. Radyografik olarak aplikatörlerin uygun yerleşimini verifiye ettikten sonra aplikatörler bir radyoizotop ile sonradan yüklenir. Cesium 137 660 KeV gibi bir yüksek enerji ve 33 yıl gibi uzun bir yarı ömürle intrakaviter olarak sık kullanılan bir radyoizotoptur. Bunlar genellikle düşük doz hızı oranı (LDR) olarak kullanılır. Co 60 radyoizotopu ise aynı amaçlı olarak HDR yani yüksek doz hızı oranı ile kullanılır. Gerek Cs 137 gerekse Co 60 intrakaviter uygulamasında uygulamanın daimi olmadığı gözönüne alınmalı ve ışınlamayı sınırlamak için önlemler alınır. Bunlar günümüzde birçok radyoterapi merkezinde intrakaviter brakiterapide Radium 226 nın yerini almış olup,uzaktan kumandayla, komputerize modern afterloading teknikleriyle rutin kullanımda yerini almıştır.

TEDAVİ PLANLAMASI

Radyasyon Onkologları temel hedef olarak normal dokuya verilen dozu minimuma indirirken tümörün alacağı dozu maksimize etmeği amaçlarlar. Tümörler sıklıkla derin yerleşimli veya hassas normal dokulara yakın olduklarından özelleştirilmiş tedavi planlarının geliştirilmesi gerekmektedir. Bunu gerçekleştirmek için gerçek tedaviye başlamadan önce bir tedavi simülasyonu ve tedavi oturumu gerçekleştirilir. Bu oturum sırasında teknisyen ve fizikçiler tedavi planını oturtmada radyasyon onkoloğuna yardımcı olurlar. Alan büyüklüğü,tadavi hüzmelerinin sayısı,hüzme yönü ve huzme modifiye ediciler gibi birçok değişken gözönüne alınmalıdır. Onkoloğun optimal tedavi planını seçebilmesi için kompüterize doz dağılımları elde edilebilir. Normal dokuların ışınlanmasını önlemek için ışın demetine özel alaşım blokları özel olarak dökümlenebilir. Kama filtre ve doku kompensatuvarları daha üniform doz dağılımı elde etmek için radyasyon huzmesini değiştirmede kullanılabilir. Uygun immobilizasyon ve tedavi alanlarının. Şaretlenmesi günlük tedavide uygun verim için gereklidir. Gündelik tedavi pozisyonunu kontrol etmede lazer ışığı kullanılır Cilt dövmeleri tedavi alanının devamlı tesbitinde yararlı olabilir. Uygun immobilizasyon için plastik veya diğer maddelerden yapılmış maskeler hastanın anatomisine uyacak şekilde hazırlanır. Günümüzde tedavi planlamaları gelişmiş bilgisayar programları ile ve 3 boyutlu(3-D) olarak en hassas şekilde yapılabilmektedir.

KAYNAKLAR

1. K han,F. M .: The Physics of Radiation Therapy. B altimore.Williams & Wilkins.1984.