The Effect of the Second Peak formed in Biomaterials used in a Slab Head Phantom on the Proton Bragg Peak

Baş Plaka Fantomunda Kullanılan Biyomalzemelerde Oluşan İkinci Pikin Proton Bragg Pikine Etkisi

Abstract

In this study, Bragg curves of 160-220 MeV protons in the therapeutic energy range were calculated with Monte Carlo simulation. Ti6Al4V, Co-Ni-Cr-Mo, Al2O3, Stainless Steel, Nital, Vitallium and Teflon were selected as biomaterials and the effect of biomaterial type and thickness on Bragg curve was investigated. A second peak is formed when protons pass from a less dense to a denser layer. The effect of the second peak and amplitude on the Bragg peak is also investigated in the slab head phantom. It has been seen that as the cortical bone thickness increases, the Bragg peak position decreases by 0.47-3.3%. As the proton energy increased, the amplitude of the second peak and the effect of the Bragg peak position decreased. The biomaterial which gives the closest results to the cortical bone among the biomaterials used was found to be Teflon.

Özet

Bu çalışmada Monte Carlo benzetimi ile biyomalzemeli baş plaka fantomunda terapötik enerji aralığında kalan 160-220 MeV’lik protonların Bragg eğrileri hesaplanmıştır. Biyomalzeme olarak Ti6Al4V, Co-Ni-Cr-Mo, Al2O3, Paslanmaz Çelik, Nital, Vitallium ve Teflon seçilmiş, biyomalzeme türünün ve kalınlığının Bragg eğrisi üzerine etkisi incelenmiştir. Protonlar az yoğundan daha yoğun bir katmana geçerken Bragg eğrisinde ikinci bir pik oluşur. Baş-plaka fantomunda ikinci pik ve genliğinin Bragg piki üzerine etkisi de incelenmiştir. Kortikal kemik kalınlığı arttıkça Bragg piki konumunun % 0,47-3,3 arasında azaldığı görülmüştür. Proton enerjisi arttıkça ikinci pikin genliğinin ve Bragg pik konumuna etkisinin azaldığı görülmüştür. Kullanılan biyomalzemeler içerisinde kortikal kemiğe en yakın biyomalzemenin teflon olduğu tespit edilmiştir.