Remote Afterloading for Neutron Brachytherapy Using Californium-252

Background:

Despite a pronounced technical process attained in radiotherapy of malignant neoplasms, no remarkable improvement in the treatment results has been achieved. The reason for this stagnation is the interaction between tumor cell and photon radiation. Tumor resistance against photon bombardment can be broken down by applying high linear energy transfer (LET) radiation-based treatment. The discovery of californium-252 (²⁵²Cf) nuclide, a source of gamma neutron radiation, established a precondition for using neutrons in tumor brachytherapy. The design of a remote afterloading device using ²⁵²Cf sources remains an unsolved problem.

Material and Methods: The afterloading device has been designed as a stationary radiator which is composed of three mutually interconnected units:

· the control and drive unit consisting of a control computer and a motor-driven bowden system carrying the ²⁵²Cf source;

· the source which is housed in a watertight concrete vessel-storage strong room, situated in the ground at a depth of 25 cm beneath the patient's bed;

· the afterloading application module installed in the irradiation room.

Results: Remote afterloading allows simple, inexpensive and highly efficient radiation protection and work safety for the operating personnel. The sources may be moved arbitrarily during treatment with a position accuracy of 0.5–1.0 mm within a distance of 520 cm from the source storage position in the strong room to the application position. Both afterloading systems' unused indexer outputs are protected electronically and mechanically against any unintentional movement of the source outside the application tubes.

Conclusion: The technologic concept of the present automatic afterloading device for neutron brachytherapy represents a possible option from the range of conceivable design variants, which – while minimizing technologic and economic requirements – provides the operating personnel with optimum protection and work safety, thus extending the applicability of high LET radiation-based treatment methods in clinical practice.

Hintergrund:

Trotz eines erkennbaren technischen Fortschritts in der Strahlentherapie maligner Neoplasmen ist keine nennenswerte Verbesserung der Behandlungsergebnisse erzielt worden. Diese Stagnation beruht auf Interaktionen zwischen Tumorzelle und Photonenstrahlung. Die Strahlenresistenz des Tumors gegenüber der Photonenstrahlung kann durch Anwendung von Strahlung mit hohem linearenergetischen Transfer (LET) überwunden werden. Die Entdeckung des Nuklids Californium-252 (²⁵²Cf), einer Gamma-Neutronenstrahlungsquelle, hat neue Möglichkeiten in der radiotherapeutischen Anwendung von Neutronen eröffnet. Das Design einer automatischen Afterloading-Einheit für ²⁵²Cf-Neutronen-Brachytherapie ist ein bislang noch offenes Problem.

Material und Methodik: Die Afterloading-Einheit ist als eine im Bestrahlungsraum fest eingebaute Vorrichtung konstruiert, die sich aus drei miteinander verbundenen Elementen zusammengesetzt.

· Die Steuer- und Antriebseinheit besteht aus einem Steuercomputer und aus einem Motorantrieb mit Stahlseil, welcher den ²⁵²Cf-Strahler trägt.

· Der Strahler wird in einem wasserdichten Behälter in einem Aufbewahrungstresor untergebracht, der im Boden in einer Tiefe von 125 cm unter dem Bett des Patienten platziert wird.

· Das Afterloading-Applikationsmodul wird im Bestrahlungsraum aufgestellt.

Ergebnisse: Automatisches Afterloading ermöglicht einen preiswerten und höchst effizienten Strahlenschutz mit gleichzeitiger Arbeitssicherheit für das Bedienungspersonal. Die Quellen können während der Behandlung mit einer Positionsgenauigkeit von 0,5–1,0 mm beliebig über eine Entfernung von bis zu 520 cm vom Aufbewahrungsort im Tresorraum zur Applikationsstelle bewegt werden. Beide Afterloading-Systeme verwenden Indexer-Austritte, die elektronisch und mechanisch gegen etwaige unbeabsichtigte Bewertung der Quelle außerhalb der Applikationsröhre geschützt werden.

Schlussfolgerung: Das technische Konzept der präsentierten automatischen Afterloading-Einheit für die Neutronen-Brachytherapie stellt eine der möglichen Designvarianten dar, die – bei Minimierung der technischen und ökonomischen Anforderungen – dem Personal einen optimalen Strahlenschutz und Arbeitssicherheit bietet. Dieses Konzept erweitert so die Anwendbarkeit der Neutronen-Brachytherapie in der klinischen Praxis.