G. Gambarini
INFN -Dip. Fisica
Milano
Riunione PHONES
Torino - 18 Aprile 20052
Boron Neutron Capture Therapy (BNCT)
7Li
-
10B
accumulato selettivamente nel tumore
- Reazione dei neutroni termici con il 10B
nth
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)
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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
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Metodi utilizzati (inter-comparison)
(1) Dosimetri a Gel
(2) Dosimetri a termoluminescenza (TLD)
(3) Tecniche di attivazione
(4) Calcoli Monte Carlo
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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.
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DOSIMETRI A GEL
 Gel acrilici :
polimerizzazione
 Gel di Fricke : Soluz. di solfato ferroso
Fe++  Fe+++
IMAGING DI DOSE
NMR
IMAGING OTTICO
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Gel dosimetri in forma di strato
spessore
forma
1-3 mm
come opportuno
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SISTEMA DI IMAGING DI TRASMITTANZA DI LUCE
• Camera a CCD
con filtro ottico
Sorgente
Immagine
in piana
GL di di luce
trasmittanza a 585 nm
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C++ DEDICATED SOFTWARE
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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.
1,8E+09
Neutron flux vs depth in phantom
1,6E+09
Ph. without dosimeters
-2
-1
Neutron flux (cm s )
1,4E+09
1,2E+09
Ph. with dosimeters containind B-10
1,0E+09
8,0E+08
6,0E+08
4,0E+08
2,0E+08
0,0E+00
0
2
4
6
8
10
12
Depth in phantom (cm)
Calcoli Monte Carlo di flusso di
neutroni vs profondità in fantoccio
Dosimetri a gel
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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
PERCENTUALI IN MASSA
H
Brain (adult)
10.7
FriXy-gel + N
10.9
FriXy-gel standard 11.1
N
2.2
2.2
0
(C+O)
85.7
86.8
88.8
Altri
1.4
0.1
0.1
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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.
(standar
d


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.
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Gel-dosimetro con altra composizione isotopica :
 gel simile allo standard, ma contenete 10B per
misurare la dose dovuta al boro .
Per misurare la dose dei neutroni veloci (protoni di rinculo):
 gel fatto con acqua pesante D2O anziché H2O.
Gel standard
(DO) st. = 1 D + 2 Dp
Gel fatto con D2O
(DO) h.w. = 3 D + 4 Dd
 sono i coefficienti di sensibilità del gel.
il rapporto Dd /Dp è stato calcolato
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Dipendenza dal LET della Risposta
La sensibilità relativa a radiazioni ad alto LET
rispetto alla radiazione  per il Gel-Standard.
RADIAZIONE
Particelle cariche  e 7Li
SENSIBILITA’
0.4 – 0.45
Protoni a bassa energia
 0.85
Deutoni a bassa energia
 0.72
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REATTORE
TAPIRO
(ENEA)
COLONNA
EPITERMICA
Fantoccio
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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 (metà)
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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)
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Controllo della correttezza della separazione
8,E+07
nth flux (cm-2 s-1 kW-1)
Gel Dosimeter
6,E+07
TLD
Activation Foils
4,E+07
2,E+07
0,E+00
0
20
40
60
80
100
120
Depth in phantom (mm)
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.
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Separazione delle dosi Gamma e neutroni veloci
(ottenuta con coppia di gel fatti con H2O e D2O)
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Dosi Assorbite
lungo l’asse di PhA
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n
epith
3.0E-03
1 Gamma
2 Fast neutrons
Profili lungo
l’asse
centrale del
fantoccio.
3 Boron 35 ppm in the tumour
6
2.4E-03
Dose rate (Gy/s)
nth
Fantoccio cilindrico di Polyethylene
(diametro 16 cm, altezza 14 cm)
contenente un volume cilindrico con 35
ppm di 10B.
4 Boron 10 ppm in normal tissue
5 Nitrogenum
6 Total in the tumour
1.8E-03
7 Total in normal tissue
7
1.2E-03
3
1
6.0E-04
5
2
4
0.0E+00
0
Tumour 30
60
90
120
Depth in phantom (mm)
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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
0,15
Neutroni veloci
Fotoni
Fast neutrons
Dose Rate (Gy/min)
TOTAL
Neutroni
Photonstermici
Boro
(10ppm
in N, 35ppm in T)
Thermal
neutrons
0,1
Elettroni
(28.6ppm
in N, 100ppm in T)
Boron (
and 7Li)
Totale in Tessuto
Electrons
0,05
AUGER
ELECTRONS
0
FAST 0
NEUTRONS
Total
PHOTONS
10B
TUMOUR
4
8
12
Depth (cm)
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Conclusione:
De
en
sit
ivi
ty
Se
ue ce
ss n
Ti vale
ui
eq
pa
co ratio
nt
rib n of
ut
ion dos
s e
Lo
ws
pe
nd
en
ce
re
atu
er nce
mp de
Te pen
de
Ion diffusion
on
LE
T
I dosimetri a gel sono vantaggiosi per la BNCT?
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