sorgente compatta per nct sintesi del lavoro svolto bologna, 22/04/2004 neutron source: coaxial...
Post on 02-May-2015
215 Views
Preview:
TRANSCRIPT
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
z x
AIR
Pb
Fe
FluentalBi
WATER PHANTOM
LITHIATED POLYETHYLENE
• Fe thickness: 20 cm
• Fluental thickness: 30 cm
• Pb reflector: 30 40 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 l’ottimizzazione
Caratteristiche collimatore (seconda versione)
y
z x
AIR
Pb
Fe
FluentalBi
WATER PHANTOM
LITHIATED POLYETHYLENE
Fe
FeFe
Fe Fe
Parametri di ottimizzazione
1) Omogeneità del fascio nell’area di uscita delineata (25x25 cm2), bassa dose nell’area esterna
• Tally chieste dentro il fantoccio ad acqua, a partire da 0.5 cm di profondità: parallelepipedi di spessore 0.5 cm (lungo l’asse y), dimensioni
laterali 4x2 cm, lungo l’asse x e lungo l’asse 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 Jepith e flusso epith, dose da neutroni
veloci Df, dose gamma D, Df / epith, Depith,
Jepith/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
Neutron and Photon fluence in the water phantom (depth 0.5 cm) along the axes (x,z) - conical collimator - shielding 5 cm
0,00E+00
1,00E-05
2,00E-05
3,00E-05
4,00E-05
5,00E-05
6,00E-05
7,00E-05
x = 0 x = 14 x = 17 x = 21 x = 27 x = 35.5 x = 45.5 x = 56 z = 9 z = 15 z = 19
distance from the centre of the beam (cm)
tally
/so
urc
e p
arti
cle
photon
fast n
epitherm n
thermal n
Risultati ottenuti con la migliore configurazione disponibile.
1) Omogeneità del fascio, bassa dose nell’area 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 nell’area esterna al fascio – Dose biologica
Biological dose in water phantom (Gy-eq)(depth 0.5 cm) along the axses (x,z) - conical collimator - shielding 5 cm
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
0.900
1.000
x = 0 x = 14 x = 17 x = 21 x = 27 x = 35.5 x = 45.5 x = 56 z = 9 z = 15 z = 19
distance from the centre of the beam (cm)
photon
collimator
other
fuori fasciofuori
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 [x1012] > 5E8 cm-2 s-1
Jepith [cm-2 PS-1] 1.32E-5
Df / epith [Gy cm2] 7.15E-13 < 5E-13
Depith [Gy cm2] 2.27E-13 < 3E-13
Jepith/epith0.5955 >= 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)
Biological dose components in healthy tissue - Configuration with conical collimator and shielding thickness 5 cm-
0,00E+00
2,00E-17
4,00E-17
6,00E-17
8,00E-17
1,00E-16
1,20E-16
1,40E-16
depth in trunk (cm)
Gy
-eq
/ne
utr
on
so
urc
e
total dose
hydrogen
nitrogen
boron
gamma
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)
Biological dose components in tumour tissue - Configuration with conical collimator and shielding thickness 5 cm-
0.00E+00
1.00E-16
2.00E-16
3.00E-16
4.00E-16
5.00E-16
6.00E-16
7.00E-16
8.00E-16
depth in trunk (cm)
Gy-e
q/n
eu
tro
n s
ou
rce
total dose
hydrogen
nitrogen
boron
gamma
dose healthy tissueADDR
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] ?
20 140 if 1012 s-1
Therapeutic Depth [cm] 7.53 cm
Peak Therapeutic Ratio 5.51
10 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 dell’efficienza 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’ all’interno 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
top related