Caratterizzazione e studio tridimensionale di un sistema dosimetrico a gel di Fricke per radioterapia a fasci esterni

Over recent years, modern techniques of radiotherapy and brachytherapy have been developed involving very steep dose gradients able to control tumor tissues and save the surrounding healthy tissues. Therefore, sensitive and stable three-dimensional dosimetric techniques are fundamental to reduce dose inaccuracies. The Fricke–Xylenol Orange gel dosimeter is a system highly reproducible, easy to prepare and low cost, that has been effectively used in combination with Nuclear Magnetic Resonance Imaging (NMRI) and optical techniques to make possible three-dimensional spatial dose information achievement. In this work a systematic analysis was carried out via spectrophotometric technique. Gelatin from porcine skin and different Agaroses were investigated as gel matrices, in order to study the influence of temperature gradients and temporal variables of interest upon sensitivity, stability after irradiation, and response homogeneity of the samples. In the first stage, samples were irradiated in PMMA cuvettes in the range of 3÷24 Gy. The sample responses were investigated at different time intervals between preparation and storage (up to 8 hours), preparation and irradiation (up to 7 days), irradiation and analysis (up to 6 hours). Different cooling modalities were adopted between preparation and irradiation. In particular, some samples were placed in a refrigerator when they were still in the liquid phase, others when they were already in the gelling phase, after a period of storage at room temperature. The studied dosimeters showed linear responses in the investigated dose range and an improvement of sensitivity was observed with the increase of the time interval between preparation and irradiation. Chemical stability of the dosimetric response was improved by storage time at room temperature before cooling. Furthermore, perform a pre-irradiation allowed to calibrate of the system to lower doses. Besides, to analyse the influence of the dose rate on the response of the system, samples were irradiated in PMMA cuvette in the range of 400÷2400 MU/min with a LINAC (LINear ACcelerator). The system showed good linear responses in the range of 500÷2000 MU for all the investigated dose rate. As the system did not seem to be dependent on the dose rate in the range of interest, it can be employed in most of the modern treatment protocols. Finally, in order to perform a three-dimensional analyses of the system, Nuclear Magnetic Resonance Imaging (NMRI) technique was employed. Two phantoms were prepared by assembling a set of cuvettes homogeneously irradiated. With this method it was also possible to appreciate the influence of the chelating agent Xylenol Orange on the sensitivity of the system.

Nel corso degli ultimi decenni, sono state sviluppate moderne tecniche di radioterapia e brachiterapia che coinvolgono elevati gradienti di dose, in grado di controllare tessuti tumorali e risparmiare i tessuti sani circostanti. Pertanto, è fondamentale l’impiego e lo sviluppo di sistemi dosimetrici tridimensionali e sensibili per ridurre imprecisioni nelle dosi impartite al paziente. Il dosimetro a gel di Fricke è un sistema altamente riproducibile, facile da preparare e economico, efficacemente utilizzato in combinazione con sia tecniche analitiche di spettrofotometria ottica che di risonanza magnetica nucleare per immagini (NMRI), le quali rendono possibile la rilevazione di un’immagine tridimensionale dell’informazione spaziale di dose. In questo lavoro di tesi è stata effettuata un'analisi sistematica preliminare con spettrofotometria ottica. Sono state indagate diverse matrici gelatinose, Gelatina porcina e diversi tipi di Agarosio col fine di analizzare la dipendenza della sensibilità e della stabilità chimica da variabili temporali e termiche di interesse durante preparazione, stoccaggio e analisi. Nella prima fase del lavoro i campioni sono stati irradiati in cuvette di PMMA nell'intervallo 3÷24 Gy. La risposta dei campioni è stata esaminata a diversi intervalli temporali tra preparazione e stoccaggio (fino a 8 ore), preparazione e l'irraggiamento (fino a 7 giorni), irraggiamento e analisi (fino a 6 ore). Sono state adottate diverse modalità di raffreddamento tra preparazione e l'irraggiamento. In particolare, alcuni campioni sono stati raffreddati ancora in fase liquida, altri in fase gel, dopo un periodo di conservazione a temperatura ambiente. I dosimetri studiati hanno mostrato una risposta lineare nell’intervallo di dose studiato ed è inoltre stato osservato un incremento di sensibilità con l'aumento dell'intervallo temporale tra preparazione e irraggiamento. La stabilità chimica della risposta migliora in funzione del tempo di conservazione a temperatura ambiente prima del raffreddamento. Inoltre effettuare un pre-irraggiamento ha reso possibile la calibrazione del sistema a dosi inferiori. In aggiunta, per analizzare l'influenza del rateo di dose sulla risposta del sistema, i campioni sono stati irraggiati sempre in cuvette di PMMA, nell’intervallo 400÷2400 MU/min con un moderno LINAC (LINear ACcelerator). Il sistema ha mostrato una risposta lineare nell'intervallo 500÷2000 MU per tutti i ratei di dose indagati. La sensibilità del sistema in analisi non sembra essere influenzata aumentando il rateo di irraggiamento, così che, appare auspicabile l’impiego di questo strumento nei moderni protocolli radioterapici. Inoltre, col fine di studiare tridimensionalmente il sistema si è condotta un’analisi tramite la tecnica di risonanza magnetica nucleare per immagini (NMRI). Sono stati preparati due fantocci costituiti da un insieme di cuvette ciascuna irraggiata in modo omogeneo. Infine, con questo metodo si è potuto anche valutare l’influenza dell’agente chelante Xylenol Orange sulla sensibilità del sistema.