رهیافت تحلیلی برای بررسی پراکندگی پروتون ها در مرز مواد ناهمگن در پروتون درمانی

در پروتون ­درمانی، به ­عنوان یک روش درمانی موثر و کارآمد، بررسی رفتار پروتون ­های فرودی در ماده و رسم منحنی براگ، که برآیندی از سه فرایند توقف، پراکندگی و برهم­کنش ­های غیرکشسان هسته ­ای است، بسیار اهمیت دارد. بررسی این رفتار در رهیافت محاسباتی، به دو روش مونت ­کارلو و تحلیلی قابل دست یابی است. اگرچه در رهیافت تحلیلی، مدل ­های مناسبی برای دست یابی به منحنی براگ در محیط­ های همگن به ­طور دقیق معرفی شده است، با این حال این بررسی در حضور ناهمگنی مواد (که در بافت­ های بدن اجتناب­ ناپذیر است) با چالش مواجه است. برای مطالعه رفتار پروتون ­ها در محیط ناهمگن، بررسی سه عامل پراکندگی، کاهش انرژی و تغییر شار در مرز مواد (لایه­ ها) ضروری است. در پژوهش حاضر به مطالعه نحوه پراکندگی باریکه پروتونی فرودی به تیغه ­هایی از مواد با ضخامت ­ها و جنس ­های مختلف با استفاده از نظریه فرمی- ایجز پرداخته شده است. نتایج نشان داد علاوه بر عمق نفوذ، جنس ماده نیز در میزان پراکندگی تاثیر کلیدی دارد. بررسی ­های مربوط به ترتیب قرارگیری لایه ­ها و مطالعه مربوط به اثر انرژی نشان­ دهنده عدم تاثیر قابل­ توجه ترتیب قرارگیری مواد در مسیر پرتو در پراکندگی نهایی و هم چنین کاهش پراکندگی با افزایش انرژی باریکه بود. نتایج نشان داد این روش با تعیین پارامترهای مختلف و رسم نمودارهای فاز- فضا برای دست یابی به هدف موردنظر کارآمد بوده و نتایج به دست آمده برای حالت ­های نمونه حل شده، با انتظار ما از فیزیک مسئله هم خوانی دارد. به ­منظور اعتبارسنجی نتایج، مقادیر بیشینه زاویه پراکندگی محاسبه شده از روش تحلیلی با مقادیر مربوط به شبیه ­سازی با استفاده از کد مونت ­کارلوی MCNPX مقایسه گردید.

Keywords:

منحنی براگ , پروتون درمانی , روش تحلیلی , نظریه فرمی- ایجز , توان پراکندگی