Design and optimization of a beam-shaping assembly for BNCT based on a neutron generator / Diseñó y optimización de un conformador del haz para terapia por captura de neutrones del boro, basado en un generador de neutrones

RESUMEN

La simulación de un haz de neutrones se realizó para determinar la mejor energía de estos en el tratamiento de tumores bien profundos en la terapia por captura de neutrones del boro. Dos figuras de mérito, la máxima dosis absorbida en tejido sano y la dosis absorbida en el tumor a determinada profundidad dentro del cerebro, se utilizaron para evaluar la eficiencia del tratamiento. Se estudiaron el tiempo de irradiación, la ganancia terapéutica y la cantidad de potencia generada en el blanco, como parámetros de la calidad del haz. Se diseñaron y optimizaron moderadores, reflectores y delimitadores para moderar los neutrones de alta energía, producidos en la reacción de fusión (d;n), hasta un espectro de energías útiles para la terapia. Se utilizaron uranio metálico y manganeso para la moderación de neutrones rápidos a epitérmicos, mientras que el compuesto Fluental se utilizó para el ajuste final del espectro. Se propuso un blanco semiesférico para disipar el doble de la cantidad de potencia generada en el blanco, y disminuir las dimensiones del moderador. Todos los cálculos se realizaron utilizando el código de simulación MCNP-4C. Una vez obtenida la mejor configuración del moderador, se obtuvieron las distribuciones de dosis en la cabeza y el cerebro. La ganancia terapéutica se aumentó en un 9%, a la vez que la corriente requerida para una hora de tratamiento, así como las dimensiones del moderador disminuyeron en un 50%.

ABSTRACT

A monoenergetic neutron beam simulation study is carried out to determine the most suitable neutron energy for treatment of shallow and deep-seated brain tumors in the context of Boron Neutron Capture Therapy. Two figures-of-merit, i.e. the absorbed dose for healthy tissue and the absorbed tumor dose at a given depth in the brain are used to measure the neutron beam quality. Also irradiation time, therapeutic gain and the power generated in the target are utilized as beam assessment parameters. Moderators, reflectors and delimiters are designed and optimized to moderate the high-energy neutrons from the fusion reactions (d;n) and (d;n) down to a suitable energy spectrum. Metallic uranium and manganese are successfully tested for fast-to-epithermal neutron moderation as well as FluentalTM for the neutron spectrum shifting. A semispherical target is proposed in order to dissipate twice the amount of power generated in the target, and decrease all the dimensions of the BSA. The cooling system of the target is also included in the calculations. Calculations are performed using the MCNP code. After the optimization of our beam-shaper a study of the dose distribution in the head had been made. The therapeutic gain is increased in 9% while the current required for one hour treatment is decreased in comparison with the trading prototypes of NG used for Boron Neutron Capture Therapy.