BNCT in vivo dosimetry A feasibility study using an HPGe detector for prompt gamma spectroscopy

Abstract

Increased accuracy in patient dosimetry in BNCT is needed. This need for more accurate individual patient dose estimations initiated this project at the Swedish BNCT facility at Studsvik. One possible way to achieve this is to use an HPGe detector. This project involves the complete construction and testing of such a system in a treatment representative environment.The system builds on an ORTEC GMX10 Germanium detector, viewing only a limited part of the patients head from inside the treatment room. The detector configuration needs shielding from neutrons and photons. Sufficient shielding has been achieved through the making of special lithium plastic which removes the neutron fluence within the detector crystal. Lead was used to shield the detector from photons.The test measurements performed in Studsvik showed that it was possible to use the detector in the environment and to measure a spectrum at a fairly high nominal reactor power. The measurements have been performed at 1-100 kW nominal reactor power on a cubic phantom (140x180x170 mm) filled with a mix of water and boric acid. Unexpected high count rates up to 300000 cps at 100kW caused problems in spectrum analysis which showed a small boron peak originating from the phantom but also a high background. The initial signal to noise ratio showed to be very low, close to 0 and by improving the structural design of the detector shielding, great improvements in suppressing the background have been made and as a result of this higher signal to noise ratio of 0.1 was achieved with a low peak count rate of 28 cps. In order to be able to increase signal to noise ratio to reach clinical accuracy further improvements are needed. In present state the detector equipment is capable of measuring a boron peak at a clinically relevant reactor power, originating from a patient head.

Abstract (Swedish)

Idag behandlas de flesta patienter som diagnostiserats med gliom, en otäck hjärntumör, med fotoner producerade i en linjäraccelerator på någon av landets strålbehandlingskliniker. Tumören växer inuti hjärnan på ett mycket aggressivt sätt, vilket gör den nästan omöjlig att bota. Det normala är att strålningen kombineras med cellgifter och kirurgi för att ge patienten så lång tid som är möjligt, till att leva ut återstoden av livet med så hög livskvalitet som möjligt. Det finns alternativ till denna behandling och en av dessa är BNCT, vilket står för Boron Neutron Capture Therapy, bor neutron-infångnings-terapi. Detta är en typ av strålterapi där patienten bestrålas med neutroner istället för fotoner. Neutronerna bromsas in i patientens huvud genom att kollidera och studsa runt mot de andra atomerna, främst väte som finns i hjärnan. När de närmar sig stillastående öppnas en ny möjlighet i neutronen värld, nämligen den att förena sig med en annan atom.

När en bor-10 atom absorberar en neutron, så kommer detta att innebära att den nya atomen bor-11, blir instabil och omedelbart sönderfaller. Bor-11 atomen meddelar detta till omvärlden genom att den sänder ut en foton med energin 478 keV. Vid klyvningen frigörs energi som får de två atomfragmenten att plöja likt meteorer genom cancercellen och där orsaka stora skador. En konstruktion av specialplast och bly skall göra det möjligt att mäta ett begränsat område på ett mycket nära avstånd intill patienten. Innan behandlingen får patienten via infusion i blodet en molekyl innehållande bor som till stor del tas upp av tumören. Det är svårt att veta hur mycket bor en patient har i tumörområdet utan att ta ett vävnadsprov, så tankarna har riktats åt att försöka mäta antalet bor-fotoner som sänds ut från patienten under en bestämd tid. Detta gör det möjligt att vidare uppskatta vilken stråldos patienten givits.

Metoden och systemet har utvecklats med hjälp av datorer och speciella beräkningsprogram vilka har gjort det möjligt att till viss del förutsäga detektorsystemets funktion och gensvar under bestrålning av en patient. Det finns nu goda möjligheter att få mycket ny information om patientens behandling från det nya systemet, information som tidigare varit okänt. Idag uppskattar man dosen i BNCTbehandlingen med ett blodprov som med mycket begränsad noggrannhet kan berätta vilken koncentration av bor-10 patienten hade i hjärnan under behandlingen. Men varför nöja sig med ett uppskattat medelvärde för hela skallen när möjligheten till noggrannare dosbestämning i själva tumören skymtar vid horisonten? Idag har metodutvecklingen kommit till det stadium att man kan mäta i behandlingsrummet på större delen av skallen. Ett fingeravtryck från boret framträder i det spektrum detektorn mäter. Genom en finurlig lösning i detta examensarbete kan vi nu bryta de gamla banor som tidigare hindrat utvecklingen. Patienterna kan därmed i framtiden få en mer skräddarsydd behandling i realtid styrd av patientens individuella borupptag i tumörregionen. Tekniken har inte tillåtit oss att göra sådant tidigare, nu tar vi oss friheten till en smygtitt på det okända.

• author: Östlund, Carl
• supervisor: Crister Ceberg; Per Munck af Rosenschöld
• organization: Medical Physics Programme
• year: 2005
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Medicine and Health Sciences
• keywords: Strålterapi
• language: English
• id: 2156971
• date added to LUP: 2011-09-13 11:21:02
• date last changed: 2011-12-06 14:13:47