Análise comparativa de curvas de Bragg em materiais tecido-equivalentes utilizando simulações Monte Carlo no TOPAS

Abstract

O trabalho apresenta uma análise detalhada das curvas de Bragg para feixes de prótons em materiais tecido-equivalentes: água, PMMA, A-150 e B-100. A partir de simulações realizadas no software TOPAS, foram analisadas as características da deposição de dose em relação a profundidade para energias de prótons variando de 50 a 250 MeV. Os materiais analisados possuem propriedades que os tornam relevantes na dosimetria e no planejamento radioterápico, sendo amplamente utilizados para simular o comportamento de tecidos biológicos e ossos. Durante o estudo, os materiais foram representados em cilindros de 20 cm de raio e 40 cm altura, posicionados em um cubo de ar, e irradiados com feixes perpendiculares ao seu eixo. O comportamento dos prótons foi avaliado em função da densidade e composição química de cada material, destacando as diferenças no alcance dos feixes e na posição do pico de Bragg. Os resultados mostram que materiais de maior densidade, como B-100, apresentam picos de Bragg em uma profundidade menor, enquanto materiais como água e A-150 exibem picos mais profundos. O estudo contribui para a compreensão dos efeitos da interação de prótons com diferentes meios e que os resultados obtidos pelo TOPAS são compatíveis com os dados teóricos.

This study provides a detailed analysis of Bragg curves for proton beams interacting with tissueequivalent materials: water, PMMA, A-150, and B-100. Using simulations conducted in the TOPAS software, the characteristics of dose deposition as a function of depth were analyzed for proton energies ranging from 50 to 250 MeV. These materials possess physical properties that make them highly relevant in dosimetry and radiotherapy planning, where they are widely employed to replicate the behavior of biological tissues and bones. During the simulations, the materials were modeled as cylinders with a radius of 20 cm and a height of 40 cm, placed within an air-filled cube, and irradiated with proton beams perpendicular to their axis. The interaction of protons was evaluated based on the density and chemical composition of each material, with particular attention to the differences in beam range and the location of the Bragg peak. The results demonstrated that denser materials, such as B-100, produced Bragg peaks at shallower depths, whereas water and A-150 exhibited deeper peaks. These findings contribute to a more thorough understanding of proton interactions with different media and confirm that the outcomes from TOPAS simulations are consistent with theoretical data. This validation underscores the utility of TOPAS as a tool for investigating radiotherapy applications and dosimetric accuracy.