Radyoterapide, medikal lineer hızlandırıcılar ile bor nötron yakalama terapisinin yapılabilirliğinin incelenmesi
Evaluation of the possibility of boron neutron capture therapy with medical linear accelerators in radiotherapy
Yazar: FUNDA DURMUŞ MANALP
Danışman: PROF. DR. PERİHAN ÜNAK
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Nükleer Mühendislik = Nuclear Engineering ; Onkoloji = Oncology

Özet:
Bor Nötron Yakalama Terapisi (BNCT) kanser tedavisinde, başarılı bir yöntem olarak kabul görmesine karşın mevcut uygulamalar reaktör kaynaklı nötronlarla yapılmaktadır. Çok az sayıda merkezde özel tasarlanmış proton hızlandırıcılarıyla da BNCT yapılmaya başlanmıştır. Ancak reaktör ve proton merkezlerinin sayısının yetersizliği nedeniyle BNCT yaygın olarak rutin hasta tedavisinde kullanılamamaktadır. Günümüzde radyoterapide kullanılan medikal hızlandırıcılar çok yaygın olarak hastanelerde mevcuttur ve kullanım imkanı olursa BNCT tedavisinin rutin tedavi olarak medikal hızlandırıcı bulunan her hastanede yapılabilmesi sağlanabilir. Bu nedenle medikal lineer hızlandırıcılar ile üretilen nötronlarla BNCT yapılabilirliği bu tez kapsamında incelenmiştir.
Monte Carlo hesap yöntemini kullanan GEANT4 platformunda modellenen Varian Clinac 2300C/D hızlandırıcı ile simülasyonlar yapılmıştır. Lineer hızlandırıcıda yapılan geliştirmeler ile 24MeV enerjiye sahip elektron demeti 50mA ışın akısına çıkartılarak, hedef ve düzleştirici filtre olmaksızın neredeyse saçılma olmayan dar profilli ışın hüzmesi şeklinde oluşturulmuştur. Bu ışın modeli kullanılarak yapılan simülasyonlar ile uranyum hedef, birinci ve ikinci moderatör, filtre, kolimatörden oluşan spektral kaydırıcı kolon tasarlanmıştır. Böylece BNCT için gerekli tesir kesitine sahip, epitermal nötron akısı en yüksek olacak şekilde optimize edilmiştir. Spektral kaydırıcı kolondan kolime edilen epitermal nötronların fantomda oluşturduğu toplam dozlar GEANT4 DNA (GEANT4 platformunun mikro dozimetri yapabilir versiyonu) kullanılarak hesaplanmıştır.
Geliştirilen ışın modu ile lineer hızlandırıcı mevcut modlarından yaklaşık dokuz kat daha hızlı hale getirilmiştir. Optimize edilen spektral kaydırma kolonunda nötron üretimi için 5cm çapında ve 5cm boyunda silindirik uranyum hedef, moderatör olarak 20cm MgF2, 25cm kalınlığında AlF3, gama ve hızlı nötronların filtrelenmesi için 10cm Bizmut filtre ve oluşan nötronların çıkış ağzına yönlendirilmesi için nikel malzeme kullanılmıştır. Moderatör çıkışında epitermal nötron akısı 5,04x108 n.cm-2.s-1, epitermal nötronların ortalama enerjisi 10-3,559 MeV'dir. Ayrıca hızlı nötron epitermal nötron oranı 4,4x10-13 ve gama epitermal nötron oranı 7,03x10-13'  dür. Üç santimetre derinlikte 3cm çapında 40 ppm bor konsantrasyonuna sahip tümörde ortalama doz 3,7x10-15 Gy/n olarak bulunmuştur. 25Gy'lik bir fraksiyon 10 dakikanın altında bir sürede yapılabilmektedir. Gerek süre olarak gerek IAEA'nın belirlediği BNCT ışın kriterlerine uyum sağlanmış ve tedavinin yapılabilirliği geliştirilen lineer hızlandırıcı ve kolon ile mümkün görülmektedir.

Abstract:
Although, Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) is accepted as successful method in cancer treatment, current methods are based on reactor based neutrons. It has begun to use specially designed proton accelerators for BNCT in very few centers. Because the numbers of reactors and proton based BNCT centers are not enough in numbers, BNCT cannot be widely used for routine patient treatments. Medical linear accelerators used in radiotherapy today is widely available and if there is a possibility, it could be possible to do BNCT treatment in every hospital equipped with medical linac. Thus, in this thesis, possibility of BNCT with neutrons produced by medical linacs has been evaluated.
Varian Clinac 2300CD linac has been simulated with GEANT4 platform which uses Monte Carlo method. Minimal scattered narrow profile, pencil beam type new beam mode with energy of 24MeV and current of 50mA without target and flattening filter (foil) has been generated with the modifications made in linac. With the simulations using this new beam mode, spectral shifting column with uranium target, primary and secondary moderators, filter and collimator has been optimized. Total dozes in Phantom calculated with GEANT4 DNA (GEANT4 version capable of micro dosimetry)
With the modified beam mode, Linac get about ten times faster than any other mode. Optimized moderator results are uranium target with 5cm diameter and 5cm length, 20cm thick MgF2 as a primary moderator, 25cm thick AlF3 as a secondary moderator, 10cm bismuth as a thermal neutron and gamma filter and a collimator with thin nickel layer. Epithermal neutron flux at collimator exit is 5,048 n.cm-2s-1. Mean energy of epidermal neutrons is 10-3,559 MeV. Fast neutron versus epithermal neutron ratio is 4,4x10-13 ve gamma epithermal neutron ratio is 7,03x10-13. Mean Dose of tumor 3cm diameter and 3cm depth with 40ppm boron concentration is 3,7x10-15 Gy/n. With developed treatment time is under 10 minutes for 25Gy fraction. Both treatment time and beam characteristics specified by IAEA is met. BNCT treatment with medical accelerator is possible with modified beam and designed epithermal column.