AB-BNCT beam shaping assembly based on 7Li(p,n)7Be reaction optimization

A numerical optimization of a Beam Shaping Assembly (BSA) for Accelerator Based-Boron Neutron Capture Therapy (AB-BNCT) has been performed. The reaction 7Li(p,n)7Be has been considered using a proton beam on a lithium fluoride target. Proton energy and the dimensions of a simple BSA geometry have been varied to obtain a set of different configurations. The optimal configuration of this set is shown.Fil: Minsky, Daniel Mauricio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (Centro Atómico Constituyentes). Proyecto Tandar; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (Centro Atómico Constituyentes). Proyecto Tandar; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Valda Ochoa, Alejandro Aníbal. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (Centro Atómico Constituyentes). Proyecto Tandar; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentin

Computational dosimetry of a simulated combined standard X-rays and BNCT treatment

There has been increasing interest in combining Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) with standard radiotherapy, either concomitantly or as a BNCT treatment of a recurrent tumor that was previously irradiated with a medical electron linear accelerator (LINAC). In this work we report the simulated dosimetry of treatments combining X-rays and BNCT.Fil: Casal, M. R.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Oncología "dr.angel Roffo". Departamento de Radioterapia y Cancer Experimental; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Herrera, Maria Silvia. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (Centro Atómico Constituyentes). Proyecto Tandar; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: González, Sara Josefina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (Centro Atómico Constituyentes). Proyecto Tandar; ArgentinaFil: Minsky, Daniel Mauricio. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia Física (Centro Atómico Constituyentes). Proyecto Tandar; Argentin

Status of low-energy accelerator-based BNCT worldwide and in Argentina

Existing and active low-energy Accelerator-Based BNCT programs worldwide will be reviewed and compared. In particular, the program in Argentina will be discussed which consists of the development of an Electro-Static-Quadrupole (ESQ) Accelerator-Based treatment facility. The facility is conceived to operate with the deuteron-induced reactions 9Be(d,n)10B and 13C(d,n)14N at 1.45 MeV deuteron energy, as neutron sources. Neutron production target development status is specified. The present status of the construction of the new accelerator development laboratory and future BNCT centre is shown.Fil: Cartelli, Daniel Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Capoulat, Maria Eugenia. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Baldo, M.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Suárez Sandín, J. C.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Igarzabal, M.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: del Grosso, Mariela Fernanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Valda, A. A.. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Canepa, N.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Gun, M.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Minsky, Daniel Mauricio. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Conti, G.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Erhardt, J.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Somacal, Héctor Rubén. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Bertolo, A. A.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Bergueiro, J.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Gaviola, P. A.. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Beam shaping assembly optimization for 7Li(p,n)7Be accelerator based BNCT

Within the framework of accelerator-based BNCT, a project to develop a folded Tandem-ElectroStatic-Quadrupole accelerator is under way at the Atomic Energy Commission of Argentina. The proposed accelerator is conceived to deliver a proton beam of 30 mA at about 2.5 MeV. In this work we explore a Beam Shaping Assembly (BSA) design based on the 7Li(p,n)7Be neutron production reaction to obtain neutron beams to treat deep seated tumors.Fil: Minsky, Daniel Mauricio. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentin

Near threshold 7Li(p,n) 7Be reaction as neutron source for BNCT

7Li(p,n)7Be is an endothermic reaction and working near its threshold (1.88MeV) has the advantage of neutron spectra with maximum energies of about 100keV, considerably lower than at higher beam energies, or than using other neutron-producing reactions or as for the uranium fission spectrum, relevant for BNCT based on nuclear reactors. With this primary energy it is much easier to obtain the energies needed for treating deep seated tumors by BNCT (about 10keV). This work studies bombarding energies up to 2.05MeV,different beam incidence angles and the effect of the undesirable gamma production via the 7Li(p,γp?) 7Li reaction.Fil: Minsky, Daniel Mauricio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentin

Computational assessment of deep-seated tumor treatment capability of the 9Be(d,n)10B reaction for accelerator-based Boron Neutron Capture Therapy (AB-BNCT)

The 9Be(d,n)10B reaction was studied as an epithermal neutron source for brain tumor treatment through Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). In BNCT, neutrons are classified according to their energies as thermal (10 keV). For deep-seated tumors epithermal neutrons are needed. Since a fraction of the neutrons produced by this reaction are quite fast (up to 5–6 MeV, even for low-bombarding energies), an efficient beam shaping design is required. This task was carried out (1) by selecting the combinations of bombarding energy and target thickness that minimize the highest-energy neutron production; and (2) by the appropriate choice of the Beam Shaping Assembly (BSA) geometry, for each of the combinations found in (1). The BSA geometry was determined as the configuration that maximized the dose deliverable to the tumor in a 1 h treatment, within the constraints imposed by the healthy tissue dose adopted tolerance. Doses were calculated through the MCNP code. The highest dose deliverable to the tumor was found for an 8 μm target and a deuteron beam of 1.45 MeV. Tumor weighted doses ≥40 Gy can be delivered up to about 5 cm in depth, with a maximum value of 51 Gy at a depth of about 2 cm. This dose performance can be improved by relaxing the treatment time constraint and splitting the treatment into two 1-h sessions. These good treatment capabilities strengthen the prospects for a potential use of this reaction in BNCT.Fil: Capoulat, Maria Eugenia. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Minsky, Daniel Mauricio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Reconstruction of positron emission tomography images using adaptive sliced remeshing strategy

Purpose: The reconstruction of positron emission tomography images is a computationally intensive task which benefits from the use of increasingly complex physical models. Aiming to reduce the computational burden by means of a reduced system matrix, we present a list mode reconstruction approach based on maximum likelihood-expectation maximization and a sliced mesh support. Approach: The reconstruction strategy uses a fully 3D projection along series of 2D meshes arranged in the axial plane of the scanner. These series of meshes describe the continuous volumetric activity using a piece-wise linear function interpolated from the mesh elements. The mesh support is automatically adapted to the underlying structure of the activity by means of a remeshing process. This process finds a high-quality compact mesh representation constrained to a controlled interpolation error. Results: The method is tested using a Monte Carlo simulation of a Hoffman brain phantom and a National Electrical Manufacturers Association image quality phantom acquisition, using different sets of statistics. The reconstructions are compared against a voxelized reconstruction under different conditions, achieving similar or superior results. The number of parameters needed to reconstruct the image in voxel and mesh support is also compared, and the mesh reconstruction permits to reduce the number of nodes used to represent a complex image. Conclusions: The proposed reconstruction strategy reduces the number of parameters needed to describe the activity distribution by more than one order of magnitude for similar voxel size and with similar accuracy than state-of-the-art methods.Fil: Rodríguez Colmeiro, Ramiro Germán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional; ArgentinaFil: Verrastro, Claudio Abel. Universidad Tecnológica Nacional; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Minsky, Daniel Mauricio. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Grosges, Thomas. Université de Technologie de Troye; Franci

Evaluation of performance of an accelerator-based BNCT facility for the treatment of different tumor targets

Purpose: Encouraging Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) clinical results obtained in recent years have stimulated intense research to develop accelerator-based neutron sources to be installed in clinical facilities. In this work an assessment of an accelerator-based BNCT facility for the treatment of different tumor targets was performed, comparing the accelerator-derived results with reported reactor-based trials under similar conditions and subjected to the same clinical protocols. Materials and methods: A set of real image studies was used to cover clinical-like cases of brain and head-and-neck tumors. In addition, two clinical cases of malignant nodular melanoma treated at the RA-6 BNCT facility in Argentina were used to thoroughly compare the clinical dosimetry with the accelerator-derived results. Results: The minimum weighted dose delivered to the clinical target volume was higher than 30 Gy and 14 Gy for the brain tumor and head-and-neck cases, respectively, in agreement with those achieved in clinical applications. For the melanoma cases, the minimum tumor doses were equal or higher than those achieved with the RA-6 reactor for identical field orientation and protocol. The whole-body dose assessment showed that the maximum photon-equivalent doses for those normal organs close to the beam direction were below the upper limits considered in the protocols used in the present work. Conclusions: The obtained results indicate not only the good performance of the proposedbeam shaping assembly design associated to the facility but also the potential applicability of accelerator-based BNCT in the treatment of both superficial and deep-seated tumors.Fil: Herrera, Maria Silvia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: González, Sara Josefina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Minsky, Daniel Mauricio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentin

Hacia la sinterización de mapas de atenuación de cuerpo completo para tomografía por emisión de positrones de [18F] FDG usando redes neuronales profundas

The correction of attenuation effects in Positron Emission Tomography (PET) imaging is fundamental to ob-tain a correct radiotracer distribution. However direct measurement of this attenuation map is not error-free and normally results in additional ionization radiation dose to the patient. Here, we explore the task of whole body attenuation map generation using 3D deep neural networks. We analyze the advantages that an adversarial training can provide to such models. The networks are trained to learn the mapping from non attenuation corrected [18F]-fluorodeoxyglucose PET images to a synthetic Computerized Tomography (sCT) and also to label the input voxel tissue. Then the sCT image is further refined using an adversarial training scheme to recover higher frequency details and lost structures using context information. This work is trained and tested on public available datasets, containing several PET images from different scanners with different ra-diotracer administration and reconstruction modalities. The network is trained with 108 samples and validated on 10 samples. The sCT generation was tested on 133 samples from 8 distinct datasets. The resulting mean absolute error of the tested networks is 96 ± 20 HU and 103 ± 18 HU with a peak signal to noise ratio of 19.3 ± 1.7 dB and 18.6 ± 1.5 dB, for the base model and adversarial model respectively. The attenuation correction is tested by means of attenuation sinograms, obtaining a line of response attenuation mean error lower than 1% with a standard deviation lower than 8%. The proposed deep learning topologies are capable of generating whole body attenuation maps from uncorrected PET image data. Moreover, the accuracy of both methods holds in the presence of data from multiple sources and modalities and are trained on publicly available datasets. Finally, while the adversarial layer enhances visual appearance of the produced samples, the 3D U-Net achieves higher metric performance.La corrección de los efectos de la atenuación en las imágenes de Tomografía por Emisión de Positrones (PET) es fundamental para obtener la correcta distribución del radio trazador. Sin embargo la medición directa del mapa de atenuación no esta libre de errores y normalmente resulta en la absorción de una dosis superior de radiación ionizante por parte del paciente. Aquí, exploramos la tarea de la generación del mapa de atenuación de cuerpo completo usando redes neuronales profundas 3D. Se analizan las ventajas que un entrenamiento adversario puede proveer a estos modelos. Las redes son entrenadas para aprender la conversión desde una imagen de [18F]- fluorodeoxyglucosa PET sin corrección de atenuación a una imagen sintética de Tomografía Computada (sCT) y además obtener una etiqueta del tipo de tejido ´ en los voxeles de la imagen. Luego la imagen de sCT es refinada usando un entrenamiento de tipo adversario para recobrar detalles de alta frecuencia y estructuras perdidas usando información contextual. Este trabajo es entrenado y probado sobre conjuntos de datos públicos, conteniendo distintas imágenes PET de diferentes tomógrafos, distintos modos de administración de dosis y modos de reconstrucción. La red es entrenada con 108 muestras y validada con 10 muestras. La generación del sCT fue probada con ´ 133 muestras de 8 conjuntos de datos independientes. El error medio absoluto de las redes es de 96±20 HU y 103±18 HU con una relación señal ruido pico de ˜ 103 ± 18 HU y 18.6±1.5 dB para el modelo base y el modelo adversario respectivamente. La corrección de atenuación es probada por medio de sinogramas, obteniendo un error medio en la atenuación de las líneas de respuesta menor al 1% con un desvió estándar menor al 8%. Las topologías de aprendizaje profundo propuestas son capaces de generar mapas de atenuación de cuerpo completo a partir de imágenes PET sin corregir. Además, la exactitud de los métodos se sostiene en presencia de datos de múltiples fuentes y modalidades y son entrenadas en conjuntos de datos públicos. Finalmente, mientras se observa que el entrenamiento adversario mejora la apariencia visual de los mapas generados, la topologa 3D U-Net obtiene mejor rendimiento en las métricas.Fil: Rodríguez Colmeiro, Ramiro Germán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universite de Technologie de Troyes; Francia. Universidad Tecnológica Nacional; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Verrastro, Claudio Abel. Universidad Tecnológica Nacional; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Minsky, Daniel Mauricio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Grosges, Thomas. Universite de Technologie de Troyes; Franci

9Be(d,n)10B-based neutron sources for BNCT

In the frame of accelerator-based BNCT, the 9Be(d,n)10B reaction was investigated as a possible source of epithermal neutrons. In order to determine the configuration in terms of bombarding energy, target thickness and Beam Shaping Assembly (BSA) design that results in the best possible beam quality, a systematic optimization study was carried out. From this study, the optimal configuration resulted in tumor doses ≥40 Gy-Eq, with a maximum value of 51 Gy-Eq at a depth of about 2.7 cm, in a 60 min treatment. The optimal configuration was considered for the treatment planning assessment of a real Glioblastoma Multiforme case. From this, the resulted dose performances were comparable to those obtained with an optimized 7Li(p,n)-based neutron source, under identical conditions and subjected to the same clinical protocol.Fil: Capoulat, Maria Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Herrera, Maria Silvia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Minsky, Daniel Mauricio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: González, Sara Josefina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; ArgentinaFil: Kreiner, Andres Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes; Argentina. Universidad Nacional de San Martín. Escuela de Ciencia y Tecnología; Argentin