Sorgente compatta per NCT Sintesi del lavoro svolto Bologna, 22/04/2004 Neutron source: coaxial neutron generator 30 cm diameter, 15 cm height Scopo: ottimizzazione del moderatore/collimatore 1) Massimizzare il flusso neutronico in uscita 2) Spettro energetico epitermico in uscita 3) Minimizzare le componenti di dose indesiderata (fotoni, neutroni veloci, fughe di neutroni dal collimatore)

Caratteristiche collimatore (prima versione) y zx AIR Pb Fe Fluental Bi WATER PHANTOM LITHIATED POLYETHYLENE

Fe thickness: 20 cm Fluental thickness: 30 cm Pb reflector: cm behind the source Additional Fe near the source Polyethylene thickness: 5 cm or 6 cm Collimator shape: conical or rectangular Caratteristiche collimatore e parametri modificati per lottimizzazione

Caratteristiche collimatore (seconda versione) y zx AIR Pb Fe Fluental Bi WATER PHANTOM LITHIATED POLYETHYLENE Fe

Parametri di ottimizzazione 1)Omogeneità del fascio nellarea di uscita delineata (25x25 cm 2 ), bassa dose nellarea esterna Tally chieste dentro il fantoccio ad acqua, a partire da 0.5 cm di profondità: parallelepipedi di spessore 0.5 cm (lungo lasse y), dimensioni laterali 4x2 cm, lungo lasse x e lungo lasse z Mappatura in campo e fuori campo di: - Neutron (fast, epithermal [0.4 eV- 10 keV], thermal) and photon fluence - Biological dose (Gy-Eq) due to photons and collimator (undesired) and other elements (neutrons coming straight from the beam, phantom backscattering)

Parametri di ottimizzazione 2) Parametri liberi del fascio (valori medi) Corrente J epith e flusso epith, dose da neutroni veloci D f, dose gamma D, D f / epith, D epith, J epith / epith 3) Figures of merit in ADAM phantom (*) Profilo di dose nel fegato e valutazione dei diversi contributi: da H, N, 10B e da gamma (H neutron capture) (*) courtesy of ENEA Sez. Bologna group

Risultato ottimale: 1) Pb reflector: ? (variazioni entro il 2% fra 30 e 40 cm, ma peso della struttura molto maggiore) 2) 5 cm lithiated polyethylene 3) Conical collimator shape 4) Additional Fe near the source

Risultati ottenuti con la migliore configurazione disponibile. 1)Omogeneità del fascio, bassa dose nellarea esterna al fascio – Fluenza di neutroni e fotoni fuori fascio fuori fascio

Risultati ottenuti con la migliore configurazione disponibile. 1)Omogeneità del fascio, bassa dose nellarea esterna al fascio – Dose biologica fuori fascio fuori fascio

Risultati ottenuti con la migliore configurazione disponibile. 2) Parametri liberi del fascio (valori medi e valori di riferimento per trattamenti al cervello) epith [cm -2 PS -1 ] 2.21E-5 [x10 12 ]> 5E8 cm -2 s -1 J epith [cm -2 PS -1 ] 1.32E-5 D f / epith [Gy cm 2 ] 7.15E-13< 5E-13 D epith [Gy cm 2 ] 2.27E-13< 3E-13 J epith / epith >= 0.7

Risultati ottenuti con la migliore configurazione disponibile. Spettro neutronico in fantoccio ad acqua (profondità 0.5 cm) Black line: x=0 cm Blue line: z = 9 cm

Risultati ottenuti con la migliore configurazione disponibile. 3)Figure di merito nel fantoccio ADAM e profilo di dose nel fegato liver segmentation

Risultati ottenuti con la migliore configurazione disponibile. 3)Profilo di dose nel fegato (fantoccio ADAM) 15 ppm in skin 10 ppm in healthy liver 60 ppm in tumour liver

Risultati ottenuti con la migliore configurazione disponibile. 3)Profilo di dose nel fegato (fantoccio ADAM) ADDR

Risultati ottenuti con la migliore configurazione disponibile. 3)Figure di merito nel fantoccio ADAM Advantage depth [cm]9.77 Advantage Depth Dose Rate [Gy-eq PS -1 ] 1.365E-16 Treatment Time [h]? if s -1 Therapeutic Depth [cm]7.53 cm Peak Therapeutic Ratio Gy-eq to healthy tissue

Alcuni problemi aperti... 1)Rapporto fra dose in campo e dose fuori campo; limiti di tolleranza dei tessuti sani alla dose neutronica – studio di ulteriori schermi biologici, che però vanno a svantaggio dellefficienza della macchina 2)Flusso complessivo della macchina; tempo accettabile di trattamento del paziente – problema di Berkeley: con una macchina D-T la questione sarebbe risolta 3)Profilo di dose in profondità; limite accettabile di non uniformita allinterno del campo – problema del trattamento del fegato in situ; possibilità di fare campi incrociati? 4)Accettabilità dei parametri liberi del fascio

In fase di studio 1)Radioprotezione – schermature 2)Ulteriori modifiche al collimatore 3)Utilizzo nella simulazione di materiali corrispondenti a quelli definitivi (Pb naurale + Sb, acciaio, AlF3 al posto di fluental) 4)Dosimetria - estensione dello spettrometro BDS alle basse energie; studio della possibilità di sagomare il fascio con cunei in plexiglas