Hadron terapide biyomalzemelerin ikincil nötron üretimine etkisi
The effect of biomaterials on secondary neutron production in hadron therapy
Yazar: ADEM PEHLİVANLI
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA HİCABİ BÖLÜKDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Hadron = Hadron ; Monte Carlo Yöntemi = Monte Carlo Method ; Nötron = Neutron

Özet:
Hadron terapi hızlandırılmış iyonlarla tümörleri yok etmek için kullanılan bir yöntemdir. Hadron terapide dozun büyük kısmı, birincil parçacık tarafından tümör hacmine verilmesine rağmen, terapötik ışınlar ile hastanın dokuları arasındaki etkileşimlerle üretilen ikincil parçacıkların katkısı nedeniyle ihmal edilemeyecek miktarda ek doz bırakılmaktadır. Özellikle nötronlar, tedavi edilen alandan çok uzağa enerji aktararak ikincil kanser riskini artırabilmektedir. Bu nedenle hadronlarla tedavide üretilen ikincil nötronları karakterize etmek çok önemlidir. Üretilen ikincil nötronlar detektörler veya Monte Carlo (MC) benzetimi gibi yöntemlerle belirlenebilmektedir. Bu tez çalışmasında PHITS Monte Carlo benzetim kodu kullanılarak ilk önce protonlarla tedavide baş plaka fantomunda kranyum yerine kullanılan biyomalzemelerin, Bragg pik ve ikincil nötron verimine etkisi incelendi. Daha sonra kranyuma en yakın sonuç veren üç biyomalzemenin He ve C iyon ışınlarının Bragg pik ve ikincil nötron üretimine etkisi incelendi. Biyomalzemelerin derin doz eğrileri, ikincil nötron üretimi, ikincil nötron dozu ve toplam doz sonuçlarına etkisi kranyumdan elde edilen sonuçlarla karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Sonuç olarak baş plaka fantomunda kullanılan biyomalzemenin yoğunluğu arttıkça proton ışını menzilinde %2,28–70,51 arasında azalma gerçekleşirken, proton başına ikincil nötron verimlerindeki kranyuma göre artış % 8,74-391 arasında değişmektedir. Baş plaka fantomunda kullanılan biyomalzemeler için He iyon ışını menzilleri kranyuma göre %4,3–52 arasında azalırken, He iyonu başına ikincil nötron verimleri kranyuma göre %7–38,5 arasında artış göstermektedir. C iyon ışını menzilleri ise kranyuma göre %7,2–52 arasında azalırken, C iyonu başına ikincil nötron verimlerinin kranyuma göre %7,6-36 arasında artış gösterdiği bulunmuştur. İkincil nötron üretimi ve dozlarla ilgili değişimler göz önüne alındığında kranyuma en yakın sonuçlar veren biyomalzeme politetrafloroetilen (PTFE) olmuştur.

Abstract:
Hadron therapy is a method used to destroy tumors with accelerated ions. Although the majority of the dose in hadron therapy is delivered to the tumor volume by the primary particle, a negligible amount of extra dose is left due to the contribution of secondary particles produced by the interactions between the therapeutic beams and the patient's tissues. In particular, neutrons can increase the risk of secondary cancer by transferring energy far away from the treated area. Therefore, it is very important to characterize the secondary neutrons produced in treatment with hadrons. The secondary neutrons produced can be detected by methods such as detectors or Monte Carlo (MC) simulation. In this thesis, using the PHITS Monte Carlo simulation code, firstly, the effect of biomaterials used instead of the cranium in the slab head phantom in the treatment with protons on the Bragg peak and secondary neutron yield was investigated. Then, the effects of the three biomaterials that give the closest results to the cranium on Bragg peak and secondary neutron production of He and C ion beams were examined. The effects of biomaterials on depth dose curves, secondary neutron production, secondary neutron dose, and total dose results were evaluated by comparing them with the results obtained from the cranium. As a result, as the density of the biomaterial used in the slab head phantom increased, while the proton beam range decreased by 2,28-70,51%, the increase in the secondary neutron yields per proton compared to the cranium ranged between 8,74-391%. For the biomaterials used in the slab head phantom, He ion beam ranges decrease between 4,3-52% compared to the cranium, while the secondary neutron yields per He ion increase between 7-38,5% compared to the cranium. Also, C ion beam ranges decreased by 7,2-52% compared to the cranium, while the secondary neutron yields per C ion increased by 7,6-36% compared to the cranium. Considering the changes in secondary neutron production and doses, the biomaterial that gave the closest results to the cranium was polytetrafluoroethylene (PTFE).