Valutazione del campo fotoneutronico da radioterapia ad alte energie in sede di dispositivo cardiaco impiantabile mediante misure con TLD e simulazioni MC

Radiotherapy with high energy photons (> 10 MV) generates a secondary photoneutron field that is the cause of malfunctions of cardiac devices implanted in patients (CIED); in particular, the damage is due to the thermal component of the neutron spectrum. The purpose of this thesis is to determine the thermal neutron fluence for some high-energy, treatments (15 and 18 MV) performed with LINAC (Elekta Synergy and Varian Clinac DHX models) at the location of the cardiac devices. For the experimental measurements, thermoluminescent detectors (TLDs) were used, in particular the pairs TLD600-TLD700 and TLD100-TLD700 (where the TLD100 and TLD600 are sensitive to neutron and photon radiation, the TLD700 to photonic radiation only), in order to subtract the contribution of the photon field and obtain a measurement of neutrons only; furthermore, to eliminate the epithermal and fast component of the photoneutron spectrum, measurements were carried out by coating the detectors with cadmium. In order to obtain a result that is as close to reality as possible, the instruments were inserted inside a cylindrical phantom with an elliptical base, designed to simulate the patient’s thorax. As a support to the experimental measurements, simulations were carried out with MCNP 6.2. These simulations include a detailed description of both the components of the head of the Elekta Synergy LINAC and the treatment room (bunker). The experimental results show that the treatments analyzed in this thesis do not generate thermal neutron fluences of the order of 10^9 n/cm2, for which it is ascertained that the devices can exhibit permanent malfunctions; these experimental results are in line with the simulations performed. Another result obtained from this work is that for this particular application the TLD600-TLD700 pair is more suitable than the TLD100-TLD700 one. Furthermore, with this thesis it has been demonstrated, both with simulations and with experimental measurements, that the spectrum of the photoneutron field varies little within the phantom.

Trattamenti radioterapici con fotoni di alte energie (> 10 MV) generano un campo fotoneutronico secondario al quale è stata attribuita la causa di malfunzionamenti di dispositivi cardiaci (CIED) impiantati nei pazienti; in particolare il danno è riferibile alla componente termica dello spettro neutronico. Lo scopo di questa tesi è quello di determinare le fluenze neutroniche termiche per alcuni trattamenti ad alte energie (15 e 18 MV) effettuati con LINAC (modello Elekta Synergy e Varian Clinac DHX) in corrispondenza della sede dei dispositivi cardiaci. Per le misure sperimentali sono stati adoperati detector a termoluminescenza (TLD), in particolare sono state utilizzate le coppie TLD600-TLD700 e TLD100-TLD700 (dove i TLD100 e 600 sono sensibili alla radiazione neutronica e fotonica, i TLD700 alla sola radiazione fotonica), in modo da sottrarre il contributo del campo fotonico ed ottenere una misura di soli neutroni; inoltre, per eliminare la componente epitermica e veloce dello spettro fotoneutronico, sono state effettuate misure rivestendo i detector con cadmio. Al fine di ottenere un risultato il più possibile vicino alla realtà, gli strumenti sono stati inseriti all’interno di un fantoccio di forma cilindrica a base ellittica, atto a simulare il busto di un paziente. Come elemento di supporto alle misure sperimentali, sono state effettuate delle simulazioni con MCNP 6.2. In tali simulazioni è presente una dettagliata descrizione dei componenti della testa del LINAC modello Elekta Synergy, così come della sala di trattamento (bunker). I risultati sperimentali mostrano che i trattamenti analizzati in questo lavoro di tesi non generano fluenze neutroniche termiche dell’ordine di 10^9 n/cm2 per il quale è appurato che i dispositivi possono manifestare malfunzionamenti permanenti; tali risultati sperimentali risultano in linea con le simulazioni effettuate. Un altro risultato ottenuto da questo lavoro è che per questo particolare tipo di applicazione la coppia TLD600-TLD700 risulta più idonea della coppia TLD100-TLD700. Inoltre, con questo lavoro di tesi è stato dimostrato, sia con simulazioni che con misure sperimentali, che lo spettro del campo fotoneutronico varia poco all’interno del fantoccio.