Boron neutron capture therapy (BNCT) is a form of chemically targeted radiotherapy that utilises the high neutron capture cross-section of boron-10 isotope to achieve a preferential dose increase in the tumour. The BNCT dosimetry poses a special challenge as the radiation dose absorbed by the irradiated tissues consists of several dose different components. Dosimetry is important as the effect of the radiation on the tissue is correlated with the radiation dose. Consistent and reliable radiation dose delivery and dosimetry are thus basic requirements for radiotherapy. The international recommendations for are not directly applicable to BNCT dosimetry. The existing dosimetry guidance for BNCT provides recommendations but also calls for investigating for complementary methods for comparison and improved accuracy.
In this thesis the quality assurance and stability measurements of the neutron beam monitors used in dose delivery are presented. The beam monitors were found not to be affected by the presence of a phantom in the beam and that the effect of the reactor core power distribution was less than 1%. The weekly stability test with activation detectors has been generally reproducible within the recommended tolerance value of 2%.
An established toolkit for epithermal neutron beams for determination of the dose components is presented and applied in an international dosimetric intercomparison. The measured quantities (neutron flux, fast neutron and photon dose) by the groups in the intercomparison were generally in agreement within the stated uncertainties. However, the uncertainties were large, ranging from 3-30% (1 standard deviation), emphasising the importance of dosimetric intercomparisons if clinical data is to be compared between different centers.
Measurements with the Exradin type 2M ionisation chamber have been repeated in the epithermal neutron beam in the same measurement configuration over the course of 10 years. The presented results exclude severe sensitivity changes to thermal neutrons that have been reported for this type of chamber.
Microdosimetry and polymer gel dosimetry as complementary methods for epithermal neutron beam dosimetry are studied. For microdosimetry the comparison of results with ionisation chambers and computer simulation showed that the photon dose measured with microdosimetry was lower than with the two other methods. The disagreement was within the uncertainties. For neutron dose the simulation and microdosimetry results agreed within 10% while the ionisation chamber technique gave 10-30% lower neutron dose rates than the two other methods. The response of the BANG-3 gel was found to be linear for both photon and epithermal neutron beam irradiation. The dose distribution normalised to dose maximum measured by MAGIC polymer gel was found to agree well with the simulated result near the dose maximum while the spatial difference between measured and simulated 30% isodose line was more than 1 cm. In both the BANG-3 and MAGIC gel studies, the interpretation of the results was complicated by the presence of high-LET radiation.Boorineutronisädehoito (BNCT-hoito) on kemiallisesti kohdennettu sädehoito, jossa säteilyn vaikutus kohdennetaan kasvaimeen hyödyntämällä boori-10 isotoopin neutronikaappausreaktiota ja kasvainsoluihin hakeutuvaa kantaja-ainetta. BNCT:n säteilyannoksen määritys on haasteellista, koska säteilyannos koostuu useista biologisilta vaikutuksiltaan erilaisista annoskomponenteista. Säteilyannoksen määritys on tärkeää, koska sädehoidon vaikutus riippuu potilaan saamasta säteilyannoksesta. Sädehoidon annosmittauksen kansainväliset suositukset eivät suoraan sovellu BNCT annosmittauksiin. Olemassa oleva BNCT annosmittausohjeistus antaa menetelmäsuosituksia, mutta myös kehottaa tutkimaan vaihtoehtoisia annosmittausmenetelmiä tulosten vertailtavuuden ja menetelmien tarkkuuden parantamiseksi.
Tässä väitöskirjassa esitetään BNCT-hoidoissa käytettävän neutronisäteilykeilan laadunvarmistusmittauksia ja vertaillaan niitä kansainväliseen suositukseen. Säteilykeilassa oleva testikappale ei vaikuttanut annosmonitorikammion herkkyyteen ja reaktorin tehojakauman vaikutus oli alle 1%. Viikoittainen tasaisuusmittaus on ollut yleisesti suositellun 2% vaihteluvälin rajoissa.
Väitöskirjassa esitellään neutronisäteilykeilan annosmittauksiin kehitetty mittavälinekokonaisuus ja sitä käytetään kansainvälisessä annosvertailututkimuksessa. Annosvertailuun osallistuneiden ryhmien mittaustulokset (neutroni vuo, nopeiden neutronien annos ja fotoniannos) olivat yleisesti yhtenevät mittauksiin liittyvien epävarmuuksien puitteissa. Epävarmuusrajat olivat suuret, 3-30% (1 keskihajonta) riippuen mittausmenetelmästä. Tulokset korostavat osaltaan annosvertailujen tärkeyttä, jotta kliinisiä tuloksia eri BNCT-hoitokeskusten välillä voidaan verrata.
Otaniemen tutkimusreaktorin neutronikeilassa on tehty 10 vuoden aikana mittauksia samanlaisessa mittausgeometriassa Exradin 2M -mallisella ionisaatiokammiolla. Tässä työssä esitetyt tulokset näistä mittauksista poissulkevat merkittävät herkkyysmuutokset, jollaisia on raportoitu tämän malliselle ionisaatiokammiolle.
Väitöskirjassa selvitetään lisäksi verrannollisuuskammiolla ja geeliannosmittareilla saavutettavaa hyötyä epitermisen neutronikeilan annosmittauksissa. Verrannollisuuskammiolla mitattuna fotoniannos oli alhaisempi kuin ionisaatiokammiolla tai tietokonesimulaatiolla laskettu fotoniannos. Neutroniannoksen osalta verrannollisuuskammiomittaukset ja tietokonesimulaatiotulokset olivat yhteneviä 10% tarkkuudella, kun taas ionisaatiokammiomittauksilla saatiin 10-30% alhaisempia neutroniannoksia. BANG-3 -tyyppisen geeliannosmittarin vaste havaittiin lineaariseksi sekä fotoni- että epitermisessä neutronikeilassa. MAGIC-tyyppisen geeliannosmittarin annosmaksimiin normitettu annos vastasi tietokonesimulaation perusteella laskettua annosjakaumaa, mutta yhteneväisyys oli heikompi pienemmän annoksen alueella
