Productie van massa-gesepareerde 11C bundels voor PET-geassisteerde hadron therapie

Het radioactief vervalproces uit de nucleaire fysica speelt een belangrijke rol in nucleaire geneeskunde voor de diagnose en therapie van kanker. In moderne tijden is kanker één van de meest dodelijke ziekten. Hierdoor wordt er veel aandacht aan deze ziekte besteed in wetenschappelijk onderzoek. Er bestaan verschillende kanker variëteiten, die door diverse therapieën behandelt worden. Hadron therapie, en dan voornamelijk 12C therapie, is een veelbelovende behandeling voor niet-gemetastaseerde tumoren. Deze therapie maakt gebruik van mono-energetische ionen, hoge intense externe stralen. Het voornaamste voordeel van Hadron therapie, ten opzichte van conventionele foton therapie, is de reductie in de dosis waaraan gezond weefsel wordt blootgesteld. Dit feit wordt gereflecteerd in het dosis-diepte profiel waar de meerderheid van de initiële stralingsenergie verdeeld wordt in een smalle piek aan het einde van het traject van de ionenbundel (de Bragg-kurve). Door de initiële bundelenergie zo af te stemmen dat de Bragg-piek zich in het tumorgebied bevindt, wordt de dosisdistributie gemaximaliseerd in het kankerweefsel, terwijl het omliggende gezonde weefsel wordt gespaard. Om hadron therapie succesvol te laten verlopen, moet het bereik van de ionenbundels correct voorspelt worden. Dit is echter een gecompliceerde taak die in de praktijk gepaard gaat met niet-verwaarloosbare onzekerheden. Daarom worden momenteel in vivo bereikverificatiemodaliteiten op basis van PET-beeldvormende technieken momenteel onderzocht, met als doel het bereik van de geladen deeltjes te bepalen tijdens de behandeling. Dit proefschrift is gewijd aan een dergelijke aanpak. De stabiele 12C-straal wordt vervangen door de 11C β+-emitterende radio-isotoop, wat een combinatie therapie met on-line PET-beeldvorming mogelijk maakt. Voor dit doel werd een radioactief ionenbundelproductie systeem (RIB) ontwikkeld op basis van de on-line isotoop scheidingsmethode (ISOL). Dit systeem is geschikt voor een hoge productie van massa  gescheiden 11CO+ intense stralen dat toe staat dat er voldoende intense ionenstralen aan de patiënt geleverd worden. Bovendien kan het geïmplementeerd worden in bestaande hadron therapie behandelingscentra. Een sleutelcomponent in dit productiesysteem was de ontwikkeling van een vast ISOL-doelwit met geoptimaliseerde micro-structurele eigenschappen voor een verbeterde isotoopafgifte. Dit proefschrift omvat alle aspecten van de materiaalkeuze tot de productie en systematische karakterisering van het ISOL-doelwit met betrekking tot de microstructuur, operationele beperkingen en loslatende eigenschappen. Daarom maakt deze studie het mogelijk om de mogelijke implementatieconcepten in bestaande hadron-therapie centra te bestuderen. Er werd aangetoond dat het ontwikkelde RIB-productiesysteem in staat is om voldoende intense 11CO+-stralen te produceren voor de ontwikkeling van een op 11C gebaseerd protocol voor hadron therapie.