ヘリウムおよび炭素イオン療法におけるリアルタイム中性子捕獲識別の最初の実験的実証

この作業は、中性子捕獲強化粒子療法（NECEP）におけるヘリウムおよび炭素イオン療法中のPMMAファントムと炭素イオン療法（NECEP）におけるホウ素の導入後の中性子捕獲光子信号の増加の最初の実験的証明を提供します。ニプトレバレッジ[式：テキストを参照] B中性子キャプチャ、検出可能な478 keV光子の放出につながります。実験は、2つのポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）ターゲットを備えた、日本のチバの重イオン医療加速器で行われ、1つはホウ素インサートを担当しました。ベネディクトガンマ線検出器は、それぞれ炭素およびヘリウムイオン照射で45±7％と26±2％の478 KEV信号の増加を測定しました。Photonの起源を調査するために開発されたGEANT4モンテカルロシミュレーションモデルは、検出された光子の30％未満がインサートに由来し、検出器の回路基板のホウ素は65％以上寄与しました。さらに、モデルは検出器の感度を調査し、ターゲットで478 KEV光子検出の10％増加を記録する能力を確立しました[式：テキストを参照] B濃度は、スペクトルウィンドウのみを使用して500 ppmの濃度、および時間的ウィンドウを組み合わせた場合は25％です。線形応答は、最大20,000 ppmまでの濃度に拡張されました。すべての評価された症例での信号の増加は、ニプトの中性子捕獲定量のための提案された検出器設計の可能性を確認します。

This work provides the first experimental proof of an increased neutron capture photon signal following the introduction of boron to a PMMA phantom during helium and carbon ion therapies in Neutron Capture Enhanced Particle Therapy (NCEPT). NCEPT leverages [Formula: see text]B neutron capture, leading to the emission of detectable 478 keV photons. Experiments were performed at the Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba, Japan, with two Poly(methyl methacrylate) (PMMA) targets, one bearing a boron insert. The BeNEdiCTE gamma-ray detector measured an increase in the 478 keV signal of 45 ± 7% and 26 ± 2% for carbon and helium ion irradiation, respectively. Our Geant4 Monte Carlo simulation model, developed to investigate photon origins, found less than 30% of detected photons originated from the insert, while boron in the detector's circuit boards contributed over 65%. Further, the model investigated detector sensitivity, establishing its capability to record a 10% increase in 478 keV photon detection at a target [Formula: see text]B concentration of 500 ppm using spectral windowing alone, and 25% when combined with temporal windowing. The linear response extended to concentrations up to 20,000 ppm. The increase in the signal in all evaluated cases confirm the potential of the proposed detector design for neutron capture quantification in NCEPT.