• Timepix
• BNCT

La Boron Neutron Capture Therapy è una tecnica di radioterapia in grado di creare un ampio gradiente tra la dose depositata nei tessuti tumorali e quella depositata nei tessuti sani. Il trattamento si svolge irradiando con un fascio di neutroni epitermici un’area del paziente precedentemente marcata con 10B. La selettività della terapia si basa su tre fattori. Innanzitutto, nel ran-
ge di energie di interesse, la sezione d’urto di cattura neutronica del 10B è di diversi ordini di grandezza superiore a quella degli elementi che compongono i tessuti biologici. In secondo luogo, utilizzando opportuni agenti di trasporto, è possibile veicolare il boro prevalentemente in prossimità delle cellule tumorali presenti nel paziente. Infine, le particelle pesanti che si producono nella reazione 10B(n, α)7Li, hanno un range inferiore alle dimensioni delle cellule, e la loro energia viene depositata localmente danneggiando principalmente le aree dove l’accumulo di boro è maggiore.
Conoscere la distribuzione e la concentrazione del 10B nei tessuti è quindi essenziale per programmare adeguatamente i piani di trattamento, assicurandosi di trasportare una dose sufficiente al tumore e preservando al contempo le cellule sane circostanti.

In questa tesi si è esplorata la possibilità di misurare la concentrazione e la distribuzione del 10B nei campioni di interesse irradiandoli con il fascio di neutroni termici prodotto dal reattore TRIGA Mark II di Pavia e osservando le particelle cariche prodotte per cattura neutronica con un sistema di rivelazione Timepix.

Nella prima parte del lavoro è stata approfondita la Boron Neutron Capture Therapy sottolineando le ragioni per cui la misura della concentrazione del 10B nelle aree di interesse è fondamentale per l’applicazione clinica del trattamento. Sono stati quindi illustrati i principali metodi utilizzati per ottenere questa informazione, dedicando uno spazio particolare all’Auto-Radiografia Neutronica e alla Spettroscopia α. E' infatti con lo scopo di ottenere simultaneamente i risultati
restituiti da queste due tecniche che si propone di impiegare nelle misure un sistema di rivelazione Timepix.
Un capitolo è stato quindi dedicato a questa famiglia di rivelatori, mettendo in luce le caratteristiche che li rendono degli ottimi candidati per l’imaging del boro nei sistemi biologici.
Nella seconda parte della tesi sono stati presentati il sistema di rivelazione utilizzato e i risultati delle misure eseguite in laboratorio, caratterizzando in particolare la capacità del dispositivo scelto di quantificare le quantità di 10B presenti nei campioni studiati e di ricostruirne le distribuzioni spaziali.
Per superare i limiti del sistema di rivelazione studiato, che emergono quando le concentrazioni di 10B analizzate sono dell’ordine di quelle effettivamente presenti nei campioni biologici di interesse per la Boron Neutron Capture Therapy, il team di ricerca con cui ho collaborato ha progettato un nuovo sistema di rivelazione. Nel Capitolo 5 della tesi sono presentati i risultati delle simulazioni Monte Carlo eseguite con MCNP6 per verificare che, i miglioramenti ottenibili con la realizzazione del dispositivo progettato, fossero sufficienti ad estendere il range di applicabilità del metodo di misura proposto.

I risultati complessivi ottenuti nel lavoro di tesi hanno confermato le buone potenzialità dei rivelatori della famiglia Timepix per la misura della concentrazione di 10B nei campioni biologici di interesse per la Boron Neutron Capture Therapy.