Proton ve karbon demetlerinin doku eşdeğeri hedeflerle etkileşmesinin incelenmesi
Investigation of interactions of proton and carbom beams with tissue equivalent targets
Yazar: FATİH EKİNCİ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA HİCABİ BÖLÜKDEMİR ; PROF. DR. AYŞE GÜNEŞ TANIR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Radyoterapinin sonuçlarını doğru değerlendirirken en önemli faktörün, hedefteki doz dağılımı olduğu bilinmektedir. Hadron terapide de radyoterapide olduğu gibi doz dağılımı doku eşdeğeri fantomlarla kontrol edilir. Bu durumda doku eşdeğeri hedeflerde veya haricen vücuda yerleştirilmiş biyomalzemelerde yüklü parçacıkların doz dağılımını veren Bragg eğrisinin davranışını bilmek önemlidir. Bu doktora çalışmasında, analitik veya numerik olarak, Bethe eşitliği dâhil dört farklı denklem ve önerilen yeni bir numerik eşitlik yardımıyla su fantomu için proton durdurma gücü ve menzil hesaplanmıştır.  Ayrıca, TRIM MC programı kullanılarak suda terapötik enerjilerdeki proton ve karbon için Bragg eğrileri elde edilmiştir. Sonuçlar literatürle karşılaştırılmıştır. Sonra, farklı kalınlıkta kortikal kemik içeren baş plaka fantomu kullanılarak proton ve karbon demetleri için LET, yanal menzil/saçılma ve geri tepme değerleri elde edilmiştir. Ayrıca, proton demeti kullanılarak kranyoplasti uygulaması ile kortikal kemik yerine kullanılabilen yedi biyomalzemenin farklı kalınlıklarında LET, yanal saçılma/menzil ve geri tepme değerleri hesaplanarak kortikal kemik sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Son olarak proton için kortikal kemiğe en yakın sonuçları veren Teflon ve Ti6Al4V kullanılarak elde edilen karbon hesap sonuçları kortikal kemik sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Dozun doğru hesaplanabilmesi için durdurma gücü değerlerinin rastgele seçilmemesi,  sadece durdurma gücünün değil, maksimum durdurma gücünün ve menzil değerlerinin de iyi tanımlanması gerektiği görülmüştür. Ağır yüklü iyonların farklı yoğunluklu ortamlardan geçişinde ikinci bir pik oluştuğu ve doğru doz ölçümünde vücut doku katmanlarının özelliklerinin belirleyici olduğu görülmüştür. Hadron terapi uygulamalarında kortikal kemiğe yakın sonuçları veren biyomalzemelerin sırasıyla Teflon, Al2O3,Ti6Al4V, Nital, paslanmaz çelik, Vitalyum ve CoCrNiMo olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
It is known that the dose distribution in the target is the most important factor when evaluating the results of radiotherapy. In Hadrontherapy, as in radiotherapy, the dose distribution is controlled by tissue-equivalent phantoms. In this case, it is important to acknowledge the behavior of the Bragg curve, which gives the dose distribution of charged particles in tissue-equivalent targets or externally placed biomaterials. In this PhD study, proton stopping power and range in the water phantom were calculated analytically or numerically using four different equations, including Bethe's equation, and a proposed new numerical equation. Also, Bragg curves for proton and carbon at therapeutic energies were obtained in water by using the TRIM MC program. The results were compared with the literature. Then, LET, lateral range/scattering and recoil values were obtained for proton and carbon beams using the slap head phantom containing cortical bone of different thickness. Furthermore, LET, lateral range/scattering and recoil values of proton beam were calculated at different thicknesses of seven biomaterials that could be used instead of cortical bone by cranioplasty and the results were compared with cortical bone results. Finally, using Teflon and Ti6Al4V which yield the closest results to the Bragg curve of proton in the cortical bone, the results of the calculations for the carbon beams were compared with the cortical bone results. For the accurate calculation of dose, it was seen that the stopping power values should not be randomly selected; not only the stopping power but also the maximum stopping power and range values should be well defined. It has been observed that a second peak is formed by the passage of heavy charged ions through different density media and the properties of the body tissue layers in determining the correct dose are determinant. It was concluded that biomaterials that give the closest results to the cortical bone in Hadrontherapy applications are Teflon, Al2O3, Ti6Al4V, Nital, stainless steel, Vitallium and CoCrNiMo, respectively