Gel dosimetry methods for dose measurements in small phantoms irradiated at NCT epithermal column

In this work the possibility of developing gel dosimetry methods for BNCT in small phantoms has been analysed. Boron Neutron Capture Therapy is an experimental radiotherapy that exploits the high cross section of Boron-10 for neutron capture,to selectively target cancer cells. This work concerns the development of gel dosimeters based on Fricke solution, with the addition of Xylenol orange colouring agent;Fricke gel dosimeters can provide images of the spatial dose distributions of the different dose components absorbed in a tissue equivalent phantom, subject to an epithermal beam. Dose component separation can be achieved using dosimeters of different isotopic composition. In this work Boron an Gamma dose separation was performed using borated gel dosimeters, while fast neutron dose was taken into account. Production and analysis methods of small dosimeters in formof thin cylinders (straws) and cuvettes are described; such dosimeters were developed to investigate dose distributions in small targets. The analysis is carried out by acquiring with a CCD camera optical transmittance images,at the suitable wavelength, of dosimeters placed on a LED plain light source. By pixel-to-pixel manipulation of the images, it is possible to obtain images of the difference of optical density (ODD), which is proportional to the absorbed dose. Dose profiles and averaged values were obtained analytically with cuvettes;straws, due to their limited diameter (3 mm), required a dedicated Matlab code able to find their transmittance peak from pictures.Dosimeters characterization was carried out,including linearity and saturation studies, calibration, cooling uniformities and evaluation of gel performances stability over time.The results obtained at the BNCT facility of LVR-15 reactor in Rež(CZ) are presented.The experimental campaign was performed in support of BNCT studies on biological targets. The irradiation geometry was reproduced, and dose profiles in mice and cell cultures phantoms were obtained. Emphasis has been given to the irradiation geometry impact on dose distributions, in particular of the size of phantoms made of moderating tissue equivalent materials and beam geometry.

In questo lavoro si è analizzata la possibilità di sviluppare dosimetri a gel per BNCT per piccoli fantocci. La terapia a cattura neutronica del boro è una tecnica sperimentale che sfrutta l’alta sezione d’urto del Boro 10 di cattura neutronica per colpire selettivamente le cellule tumorali. Questo lavoro concerne lo sviluppo di dosimetri basati sulla soluzione di Fricke, con l’aggiunta del colorante Xylenol Orange;i dosimetri a gel di Fricke possono fornire immagini di distribuzioni spaziali di dose delle diverse componenti di dose assorbita in fantocci tessuto equivalenti, irraggiati con fascio epitermico. La separazione delle componenti può essere effettuata con dosimetri di diversa composizione isotopica. In questo lavoro si è effettuata la separazione delle dosi Gamma e da boro, e si è valutata la dose da neutroni veloci. Si è descritta la produzione e analisi di dosimetri sotto forma di cannucce sottili e cuvette, adatti a investigare dosi in piccoli oggetti. L’analisi è compiuta acquisendo con una camera CCD immagini di trasmittanza ottica, ad una opportuna lunghezza d’onda, dei dosimetri posti su un illuminatore LED. Con l’analisi pixel a pixel delle immagini si possono ottenere immagini di differenza di densità ottica (ODD), che è proporzionale alla dose assorbita. Profili di dose e valori mediati si sono ottenuti dalle cuvette analiticamente;le cannucce, a causa del diametro limitato (3 mm), hanno richiesto lo sviluppo di un codiceMatlab per individuare il loro picco di trasmittanza dalle immagini. Si sono caratterizzati vari aspetti dei dosimetri, come la linearità, saturazione, calibrazione, disuniformità di raffreddamento e stabilità nel tempo delle performance del gel. Si riportano i risultati ottenuti presso il reattore LVR-15 a ˇRež(CZ). La campagna di esperimenti si è svolta a supporto di studi di BNCT su campioni biologici. Si è replicata la geometria di irraggiamento, ricavando profili di dose in fantocci di piccoli topi e colture cellulari. Si è inoltre considerato l’impatto sulle distribuzioni di dose della geometria del fascio e della dimensione dei campioni, in particolare per la moderazione dei materiali tessuto equivalenti.