Riunione PHONES Torino - 18 Aprile 20052 G. Gambarini INFN -Dip. Fisica Milano.
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Riunione PHONESTorino - 18 Aprile 20052
G. GambariniINFN -Dip. Fisica
Milano
Riunione PHONESTorino - 18 Aprile 20052
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
Riunione PHONESTorino - 18 Aprile 20052
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
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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
Riunione PHONESTorino - 18 Aprile 20052
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
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Gel dosimetri in forma di strato
spessore spessore 1-3 mm1-3 mmforma forma come opportunocome opportuno
CampioneCampioneirraggiatoirraggiato
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• Camera a CCD con filtro ottico
SISTEMA DI IMAGING DI TRASMITTANZA DI LUCESISTEMA DI IMAGING DI TRASMITTANZA DI LUCE
Sorgente piana di luce
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Immagine in GL di trasmittanza a 585 nm
CC++++ DEDICATED SOFTWARE DEDICATED SOFTWARE
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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
Riunione PHONESTorino - 18 Aprile 20052
Riunione PHONESTorino - 18 Aprile 20052
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
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
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
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
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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 . .
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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
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REATTORE TAPIRO (ENEA)
COLONNA COLONNA EPITERMICAEPITERMICA
Fantoccio
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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.
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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)
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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.
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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)
Riunione PHONESTorino - 18 Aprile 20052
Dosi Assorbitelungo l’asse di PhA
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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.
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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
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Conclusione:Conclusione:
I dosimetri a gel sono vantaggiosi per la BNCTI dosimetri a gel sono vantaggiosi per la BNCT??
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