Neutron Activation of Patients Following Boron Neutron Capture Therapy of Brain Tumors at the High Flux Reactor (HFR) Petten (EORTC Trials 11961 and 11011)

Background and Purpose:

At the High Flux Reactor (HFR), Petten, The Netherlands, EORTC clinical trials of Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) have been in progress since 1997. BNCT involves the irradiation of cancer patients by a beam of neutrons, with an energy range of predominantly 1 eV to 10 keV. The patient is infused with a tumor–seeking, ¹⁰B–loaded compound prior to irradiation. Neutron capture in the ¹⁰B atoms results in a high local radiation dose to the tumor cells, whilst sparing the healthy tissue. Neutron capture, however, also occurs in other atoms naturally present in tissue, sometimes resulting in radionuclides that will be present after treatment. The patient is therefore, following BNCT, radioactive. The importance of this induced activity with respect to the absorbed dose in the patient as well as to the radiation exposure of the staff has been investigated.

Material and Methods:

As a standard radiation protection procedure, the ambient dose equivalent rate was measured on all patients following BNCT using a dose ratemeter. Furthermore, some of the patients underwent measurements using a γ–ray spectrometer to identify which elements and confirm which isotopes are activated.

Results:

Peak levels, i.e., at contact and directly after irradiation, are of the order of 40–60 μSv/h, falling to < 10 μSv/h 30–50 min after treatment. The average ambient dose equivalent in the first 2 h at a distance of 2 m from the patient is in the order of 2.5 μSv. The ambient dose equivalent rate in 2 m distance from the patient’s head at the earliest time of leaving the reactor center (20 min after the end of treatment) is far less than 1 μSv/h. The main radioisotopes were identified as ³⁸Cl, ⁴⁹Ca, and ²⁴Na. Furthermore, in two patients, the isotopes ¹⁹⁸Au and ^116mIn were also present. The initial activity is predominantly due to ⁴⁹Ca, whilst the remaining activity is predominantly due to ²⁴Na.

Conclusion:

The absorbed dose resulting from the activated isotopes in the irradiated volume is in the order of < 1% of the prescribed dose and therefore does not add a significant contribution to the absorbed dose in the target volume. In other parts of the patient's body, the absorbed dose by induced activity is magnitudes smaller and can be neglected. The levels of radiation received by staff members and non–radiation workers (i.e., accompanying persons) are well below the recommended limits.

Hintergrund und Ziel:

Am Hochflussreaktor (HFR) der Europäischen Kommission in Petten, Niederlande, werden seit 1997 klinische Studien zur Bor–Neutroneneinfangtherapie (BNCT) durchgeführt. Dabei werden Tumorpatienten mit Neutronen des Energiebereichs zwischen 1 eV und 10 keV bestrahlt. Zuvor erhalten die Patienten ein ¹⁰B enthaltendes Medikament, das sich vorzugsweise in Tumorzellen anreichert. Im Prinzip führt der Neutroneneinfang durch das Isotop ¹⁰B zu einer hohen, auf eine Tumorzelle begrenzten Dosisdeposition, die eine Schonung der gesunden Umgebung erlaubt. Einfangreaktionen finden jedoch auch in anderen, natürlicherweise im Gewebe vorhandenen Atomen statt und können zur Bildung von Radionukliden führen. Der Patient ist demnach im Anschluss an die Behandlung radioaktiv. Ziel dieser Untersuchung ist, die Bedeutung dieser induzierten Aktivität im Hinblick auf einen Dosisbeitrag im Patienten bzw. den Strahlenschutz der Umgebung zu erfassen.

Material und Methodik:

Im Rahmen von Standardprozeduren wurde bei allen Patienten nach der Bestrahlung die Ortsdosisleistung im Kontakt und in 30 cm Abstand gemessen. Zusätzlich wurde bei einigen Patienten mit einem γ–Spektrometer untersucht, welche Isotope aktiviert wurden.

Ergebnisse:

Dosisspitzen im Kontakt direkt nach der Bestrahlung lagen in einer Größenordnung von 40–60 μSv/h. Ein rascher Abfall auf < 10 μSv/h konnte innerhalb von 30–50 min beobachtet werden. Die mittlere Umgebungsäquivalentdosis in 2 m Abstand vom Patienten innerhalb der ersten 2 h liegt bei 2,5 μSv. Die Umgebungsäquivalentdosisleistung in 2 m Abstand vom Patientenkopf zum frühesten Zeitpunkt des Verlassens des Reaktorzentrums (20 min nach Bestrahlungsende) beträgt weit unter 1 μSv/h. Als wichtigste Radioisotope wurden ³⁸Cl, ⁴⁹Ca and ²⁴Na identifiziert. Bei zwei Patienten wurden auch ¹⁹⁸Au and ^116mIn gefunden. Die Anfangsaktivität ist im Wesentlichen von ⁴⁹Ca bestimmt, später kommt die zu messende Dosis vor allem von ²⁴Na.

Schlussfolgerung:

Der Beitrag der durch die Bestrahlung induzierten Aktivität zur absorbierten Dosis im Zielvolumen beträgt < 1% der verordneten Dosis und ist somit nicht relevant. In anderen Körperabschnitten liegt die durch die induzierten Radionuklide verursachte absorbierte Dosis um Größenordnungen darunter und kann vernachlässigt werden. Die Belastung des Personals bzw. anderer Personen in der Umgebung eines mit BNCT behandelten Patienten liegt unterhalb der strahlenschutzrelevanten Grenzen.