Dosimetria a gel per BNCT Riunione PHONES Torino – 18 Aprile 2005 Dosimetria a gel per BNCT G. Gambarini INFN -Dip. Fisica Milano Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) - 10B accumulato selettivamente nel tumore - Reazione dei neutroni termici con il 10B 10B(n,)7Li ( = 3837 barn) Reazioni di neutroni in tessuto senza boro: Neutroni Termici: 1H(n,)2H  = 0.33 b E = 2.2 MeV   14N(n,p)14C  = 1.9 b E(p) = 0.63 MeV Neutroni epitermici e veloci: scattering elastico principalmente con H ( protoni di rinculo) Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Determinazioni necessarie: Dose nel tessuto con 10B Dose nel tessuto senza 10B Separazione dei contributi delle varie componenti di radiazione secondaria I contributi relativi di dose dipendono da:  geometria del fascio e spettro di energia dei neutroni  forma e dimensioni del volume irradiato Necessità di determinazioni 3D di dose assorbita in fantoccio, con separazione delle varie componenti di dose Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Metodi utilizzati (inter-comparison) Dosimetri a Gel (2) Dosimetri a termoluminescenza (TLD) (3) Tecniche di attivazione (4) Calcoli Monte Carlo Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Osservazioni sui dosimetri a gel I dosimetri a gel sono soluzioni acquose molto diluite. Effetto primario della radiazione ionizzante: radiolisi delle molecole dell’acqua come nel tessuto umano Buona tessuto–equivalenza per ogni radiazione (anche neutroni e tutte le radiazioni secondarie generate dai neutroni). Nel caso dei neutroni, è possibile variare opportunamente la composizione isotopica e separare le varie componenti di dose. Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

DOSIMETRI A GEL Gel acrilici : polimerizzazione Gel di Fricke : Soluz. di solfato ferroso Fe++  Fe+++ IMAGING DI DOSE N M R IMAGING OTTICO Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Gel dosimetri in forma di strato spessore 1-3 mm forma come opportuno Campione irraggiato Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

SISTEMA DI IMAGING DI TRASMITTANZA DI LUCE Camera a CCD con filtro ottico Immagine in GL di trasmittanza a 585 nm Sorgente piana di luce Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

C++ DEDICATED SOFTWARE Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Perché dosimetri in forma di strato ? E’ possibile variare la composizione isotopica del gel, come richiesto dal metodo di separazione delle dosi, senza variare sensibilmente il trasporto neutronico nei fantocci. Dosimetri a gel Calcoli Monte Carlo di flusso di neutroni vs profondità in fantoccio Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Metodo di separazione delle dosi Due strati con matrici di gel che differiscono per un isotopo che come secondari dà particelle cariche. Esempio: gel standard gel simile allo standard, ma contenente 14N Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Fattori di Kerma (vs energia neutroni) del gel standard, del gel con N e del cervello adulto, calcolati utilizzando i dati di ICRU-26 e ICRU-46. (standard Buona tessuto-equivalenza del gel con azoto per tutte le energie. Nel gel senza azoto (che ha buona tessuto-equivalenza ad alte energie) manca il contributo della dose dei protoni emessi nelle reazioni con l’azoto. Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

(DO) st. = 1 D + 2 Dp (DO) h.w. = 3 D + 4 Dd Gel standard Gel-dosimetro con altra composizione isotopica : gel simile allo standard, ma contenete 10B per misurare la dose dovuta al boro . Gel standard Gel fatto con D2O (DO) st. = 1 D + 2 Dp (DO) h.w. = 3 D + 4 Dd Per misurare la dose dei neutroni veloci (protoni di rinculo): gel fatto con acqua pesante D2O anziché H2O.  sono i coefficienti di sensibilità del gel. il rapporto Dd /Dp è stato calcolato Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Dipendenza dal LET della Risposta La sensibilità relativa a radiazioni ad alto LET rispetto alla radiazione  per il Gel-Standard. RADIAZIONE SENSIBILITA’ Particelle cariche  e 7Li 0.4 – 0.45 Protoni a bassa energia  0.85 Deutoni a bassa energia  0.72 Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

REATTORE TAPIRO (ENEA) COLONNA EPITERMICA Fantoccio Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Esempi di fantocci utilizzati Forma: cilindrica (altezza 14 cm, diametro 16 cm). Phantom 0 (Ph0) Polyethylene omogeneo. Phantom A (PhA) Guscio di Polyethylene riempito di gel con 10 ppm di 10B. Phantom B (PhB) come PhA, con un volume cilindrico contenente 35 ppm di 10B. PhB PhB (metà) Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Esempi di risultati: DOSE TOTALE (gamma, neutroni veloci, particelle cariche emesse nella reazione 10B(n,)7Li) nel piano centrale del fantoccio e SEPARAZIONE della dose dovuta al 10B (35 ppm) e la dose ( + nfast) Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Controllo della correttezza della separazione Flusso lungo l’asse centrale del fantoccio, ottenuto dal profilo di dose del 10B estratto dall’immagine e confronto con i risultati di TLD e di foglietti di attivazione. Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Separazione delle dosi Gamma e neutroni veloci (ottenuta con coppia di gel fatti con H2O e D2O) Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Dosi Assorbite lungo l’asse di PhA Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

nth Fantoccio cilindrico di Polyethylene (diametro 16 cm, altezza 14 cm) contenente un volume cilindrico con 35 ppm di 10B. Profili lungo l’asse centrale del fantoccio. Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

Dosi lungo l’asse centrale di un fantoccio containing 10 ppm di 10B e 28.6 ppm di 157Gd ed un volume con 35 ppm di 10B e 100 ppm di 157Gd TUMOUR FAST NEUTRONS Fast neutrons Photons Thermal neutrons Boron ( and 7Li) Electrons Total TOTAL PHOTONS 10B AUGER ELECTRONS Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

I dosimetri a gel sono vantaggiosi per la BNCT? Conclusione: I dosimetri a gel sono vantaggiosi per la BNCT? Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052

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