riunione phones torino - 18 aprile 20052 g. gambarini infn -dip. fisica milano

Riunione PHONESTorino - 18 Aprile 20052

G. GambariniINFN -Dip. Fisica

Milano


Boron Neutron Capture Therapy (BNCT)

- - 1010BB accumulato selettivamente nel tumore accumulato selettivamente nel tumore

- Reazione dei neutroni termici con il - Reazione dei neutroni termici con il 1010BB

1010B(n,B(n,))77LiLi (( = 3837 barn) = 3837 barn)

nth 10B

7Li

nth 10B

7Li

nth 10B

7Li

Reazioni diReazioni di neutroni in tessuto senza boro:neutroni in tessuto senza boro:

Neutroni TermiciNeutroni Termici::11H(n,H(n,))22HH = 0.33 b = 0.33 b E E = 2.2 MeV = 2.2 MeV

1414N(n,p)N(n,p)1414CC = 1.9 b = 1.9 b E(p) = 0.63 MeV E(p) = 0.63 MeV

Neutroni epitermici e veloci:Neutroni epitermici e veloci:

scattering elasticoscattering elasticoprincipalmente con H (principalmente con H ( protoni di rinculoprotoni di rinculo))

Determinazioni necessarie:

Dose nel tessuto con Dose nel tessuto con 1010BB

Dose nel tessuto senza Dose nel tessuto senza 1010BB

Separazione dei contributi delle varie Separazione dei contributi delle varie componenti di radiazione secondaria componenti di radiazione secondaria


I contributi relativi di dose dipendono da: I contributi relativi di dose dipendono da: geometria del fascio e spettro di energia dei neutronigeometria del fascio e spettro di energia dei neutroni forma e dimensioni del volume irradiatoforma e dimensioni del volume irradiato

Necessità di determinazioni 3D di dose assorbita

in fantoccio, con separazione delle varie componenti

di dose

Metodi utilizzati (inter-comparison)

(1) Dosimetri a Gel

(2) Dosimetri a termoluminescenza (TLD)

(3) Tecniche di attivazione

(4) Calcoli Monte Carlo


Osservazioni sui dosimetri a gel

I dosimetri a gel sono soluzioni acquose molto diluite.I dosimetri a gel sono soluzioni acquose molto diluite.

Effetto primario della radiazione ionizzante: Effetto primario della radiazione ionizzante: radiolisi delle molecole dell’acqua radiolisi delle molecole dell’acqua come nel tessuto umanocome nel tessuto umano


Buona tessuto–equivalenza per ogni radiazione Buona tessuto–equivalenza per ogni radiazione (anche neutroni e tutte le radiazioni secondarie (anche neutroni e tutte le radiazioni secondarie generate dai neutroni). generate dai neutroni).

Nel caso dei neutroni, è possibile variare Nel caso dei neutroni, è possibile variare opportunamente la composizione isotopica opportunamente la composizione isotopica

e separare le varie componenti di dose e separare le varie componenti di dose..

DOSIMETRI A GEL

Gel acrilici : polimerizzazionepolimerizzazione

Gel di Fricke : Soluz. di solfato ferrosoSoluz. di solfato ferroso Fe++ Fe+++

IMAGING DI DOSEIMAGING DI DOSE

N M RN M R IMAGING OTTICOIMAGING OTTICO


Gel dosimetri in forma di strato

spessore spessore 1-3 mm1-3 mmforma forma come opportunocome opportuno

CampioneCampioneirraggiatoirraggiato


• Camera a CCD con filtro ottico

SISTEMA DI IMAGING DI TRASMITTANZA DI LUCESISTEMA DI IMAGING DI TRASMITTANZA DI LUCE

Sorgente piana di luce


Immagine in GL di trasmittanza a 585 nm

CC++++ DEDICATED SOFTWARE DEDICATED SOFTWARE


Perché dosimetri in forma di strato ?

E’ possibile variare la composizione isotopica del gel, E’ possibile variare la composizione isotopica del gel, come richiesto dal metodo di separazione delle dosi, come richiesto dal metodo di separazione delle dosi, senza variare sensibilmente il trasporto neutronico senza variare sensibilmente il trasporto neutronico nei fantoccinei fantocci..

Dosimetri a gelDosimetri a gel

Neutron flux vs depth in phantom

0,0E+00

2,0E+08

4,0E+08

6,0E+08

8,0E+08

1,0E+09

1,2E+09

1,4E+09

1,6E+09

1,8E+09

0 2 4 6 8 10 12

Depth in phantom (cm)

Ne

utr

on

flu

x (c

m-2 s

-1)

Ph. without dosimeters

Ph. with dosimeters containind B-10

Calcoli Monte Carlo di flusso di Calcoli Monte Carlo di flusso di neutroni vs profondità in fantoccioneutroni vs profondità in fantoccio



Metodo di separazione delle dosi

Due strati con matrici di gel che differiscono per un isotopo Due strati con matrici di gel che differiscono per un isotopo che come secondari dà particelle cariche.che come secondari dà particelle cariche.

Esempio:Esempio:

gel standardgel standard gel simile allo gel simile allo standardstandard, ma contenente , ma contenente 1414NN

PERCENTUALI IN MASSA

H N ( C + O ) Altri

Brain (adult) 10.7 2.2 85.7 1.4FriXy-gel + N 10.9 2.2 86.8 0.1FriXy-gel standard 11.1 0 88.8 0.1


H N ( C + O ) Altri



H N ( C + O ) Altri


Fattori di Kerma (Fattori di Kerma (vsvs energia neutroni) del gel standard, del gel con N energia neutroni) del gel standard, del gel con N e del cervello adulto, calcolati utilizzando i dati di ICRU-26 e ICRU-46.e del cervello adulto, calcolati utilizzando i dati di ICRU-26 e ICRU-46.

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.

(standard


Gel-dosimetro con altra composizione isotopica :Gel-dosimetro con altra composizione isotopica :

gel simile allo gel simile allo standardstandard, ma contenete, ma contenete 1010BB per per misurare la dose dovuta almisurare la dose dovuta al boro boro . .


Gel standardGel standard

Gel fatto con Gel fatto con DD22OO

(DO) st. = 1 D + 2 Dp

(DO) h.w. = 3 D + 4 Dd

Per misurare la dose dei neutroni veloci (Per misurare la dose dei neutroni veloci (protoni di rinculoprotoni di rinculo):):

gel fatto congel fatto con acqua pesante acqua pesante DD22OO anziché Hanziché H22O.O.

sono i coefficienti di sensibilità del gel.sono i coefficienti di sensibilità del gel.

il rapporto il rapporto Dd /Dp è stato calcolatoè stato calcolato

Dipendenza dal LET della RispostaDipendenza dal LET della Risposta

LaLa sensibilità sensibilità relativarelativa a radiazioni ad alto LET a radiazioni ad alto LET

rispetto alla radiazione rispetto alla radiazione per il Gel-Standard. per il Gel-Standard.

RADIAZIONERADIAZIONE SENSIBILITA’ SENSIBILITA’

Particelle caricheParticelle cariche ee 77LiLi 0.4 – 0.450.4 – 0.45

Protoni a bassa energiaProtoni a bassa energia 0.85 0.85

Deutoni a bassa energiaDeutoni a bassa energia 0.72 0.72


REATTORE TAPIRO (ENEA)

COLONNA COLONNA EPITERMICAEPITERMICA

Fantoccio


Esempi di fantocci utilizzati

Forma: cilindrica (altezza 14 cm, diametro 16 cm).Forma: cilindrica (altezza 14 cm, diametro 16 cm).

• Phantom 0 (Phantom 0 (Ph0Ph0) Polyethylene omogeneo.) Polyethylene omogeneo.

• Phantom A (Phantom A (PhAPhA) Guscio di Polyethylene riempito di gel con) Guscio di Polyethylene riempito di gel con 10 ppm di 10 ppm di 1010B.B.

• Phantom B (Phantom B (PhBPhB) come) come PhA, con un volumePhA, con un volume cilindrico contenentecilindrico contenente 35 ppm di 35 ppm di 1010B.B.


PhB (metà)PhB (metà)PhBPhB

Esempi di risultati:

DOSEDOSE TOTALETOTALE (gamma, neutroni veloci, particelle cariche (gamma, neutroni veloci, particelle cariche emesse nella reazione emesse nella reazione 1010B(n,B(n,))77Li) Li) nel piano centrale del fantoccionel piano centrale del fantoccio

e SEPARAZIONE della dose dovuta al 10B (35 ppm) e la dose ( + nfast)


Controllo della correttezza della separazione

0,E+00

2,E+07

4,E+07

6,E+07

8,E+07

0 20 40 60 80 100 120Depth in phantom (mm)

nth

flu

x (

cm

-2 s

-1 k

W-1

)Gel Dosimeter

TLD

Activation Foils

Flusso lungo l’asse centrale del fantoccio, ottenuto dal profilo di Flusso lungo l’asse centrale del fantoccio, ottenuto dal profilo di dose del dose del 1010B estratto dall’immagine e confronto con i risultati di TLD B estratto dall’immagine e confronto con i risultati di TLD e di foglietti di attivazione.e di foglietti di attivazione.


Separazione delle dosi Gamma e neutroni veloci Separazione delle dosi Gamma e neutroni veloci (ottenuta con coppia di gel fatti con H(ottenuta con coppia di gel fatti con H22O e DO e D22O)O)


Dosi Assorbitelungo l’asse di PhA


0.0E+00

6.0E-04

1.2E-03

1.8E-03

2.4E-03

3.0E-03

0 30 60 90 120

Depth in phantom (mm)

Do

se r

ate

(Gy/

s)

1 Gamma

2 Fast neutrons

3 Boron 35 ppm in the tumour

4 Boron 10 ppm in normal tissue

5 Nitrogenum

6 Total in the tumour

7 Total in normal tissue

Tumour

1

2

3

45

6

7

Fantoccio cilindrico di Polyethylene Fantoccio cilindrico di Polyethylene (diametro 16 cm, altezza 14 cm) (diametro 16 cm, altezza 14 cm) contenente un volume cilindrico con 35 contenente un volume cilindrico con 35 ppm di ppm di 1010B.B.


nepith

nth

Profili lungo Profili lungo l’asse l’asse centrale del centrale del fantoccio.fantoccio.

Dosi lungo l’asse centrale di un fantoccio containing 10 ppm di Dosi lungo l’asse centrale di un fantoccio containing 10 ppm di 1010B e B e 28.6 ppm di 28.6 ppm di 157157Gd ed un volume con 35 ppm di Gd ed un volume con 35 ppm di 1010B e 100 ppm di B e 100 ppm di 157157GdGd

TOTAL

PHOTONS

10BAUGER ELECTRONS

0

0,05

0,1

0,15

0 4 8 12

Depth (cm)

Do

se R

ate

(Gy/

min

)

Neutroni veloci

Fotoni

Neutroni termici

Boro (10ppm in N, 35ppm in T)

Elettroni (28.6ppm in N, 100ppm in T)

Totale in Tessuto

TUMOUTUMOURR

FAST NEUTRONS

Fast neutrons

Photons

Thermal neutrons

Boron ( and 7Li)

Electrons

Total


Conclusione:Conclusione:

I dosimetri a gel sono vantaggiosi per la BNCTI dosimetri a gel sono vantaggiosi per la BNCT??


THANKSTHANKS


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