1 Caratterizzazione di un rivelatore al Silicio p-type per uso barachiterapico Esame di Dosimetria...
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1 Caratterizzazione Caratterizzazione di un rivelatore al di un rivelatore al Silicio p-type per Silicio p-type per uso barachiterapico uso barachiterapico Esame di Dosimetria II – Prof. A. Piermattei Scuola di Specializzazione in Fisica Sanitaria Università Cattolica del Sacro Cuore A.A. 2003-2004 Antonella Roggio
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Caratterizzazione di un Caratterizzazione di un rivelatore al Silicio p-type rivelatore al Silicio p-type per uso barachiterapicoper uso barachiterapico
Esame di Dosimetria II – Prof. A. Piermattei
Scuola di Specializzazione in Fisica SanitariaUniversità Cattolica del Sacro Cuore
A.A. 2003-2004
Antonella Roggio
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Problema:
La risposta del diodo dipende dall’energia
Uso dei diodi al Si per il calcolo della dose in brachiterapia quando si usano sorgenti di alta e media attività.
Diodi al Si:
• alta sensitivity
• buona stabilità meccanica
• minima perturbazione del campo di radiazione
• assenza di bias esterno
• rivestire i diodi con filtri compensativi di differenti Z e spessori
• correzione della risposta mediante simulazioni Monte Carlo
Antonella Roggio
Si usano per la dosimetria relativa e non per quella assoluta perchè non sono acqua equivalenti!!!Le camere a ionizzazione acqua equivalenti sono molto grandi e non possono essere usate.Ora i diodi sono superati e si usano le GAF cromiche
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p-tipe detector for brachytherapy dosimetry *
* A. Piermattei, L. Azario, G. Monaco, A. Soriani, G. Arcovito
Studio della risposta in funzione dell’energia di un diodo EDD-5 al silicio con e senza “cappucci” di diverso spessore
Antonella Roggio
Studiare la possibilità di compensare la dipendenza dall’energia del diodo con sorgenti di 192Ir in uso in brachiterapia
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Diodo EDD-5
Sorgenti utilizzate
• 29.5 keV
• 52.5 keV
• 88.0 keV
• 123 keV
• 140 keV
• 230 keV
• 192Ir
• 60Co
Camere a ionizzazione
• Capintec PR06-C (0.6 cm3 in volume)
• Capintec PR05-P (0.07 cm3 in volume)
Elettrometro
• Keithley 35617
background current ~ 1pA 2 ÷ 50 % del segnale misurato e va sottratta ad ogni misura
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Schema del diodo EDD-5 al silicio usato per ottenere in modo diretto il valore della dose al paziente quando si usa una sorgente di Co-60.le sue dimensioni......il build-up per l'energia del Co-60 è a 5mm.la simmetria cilindrica permette una dipendenza angolare <= al 2%la sensibilità aumenta del 4% per ogni aumento di 1°C della tmperatura nel range 20-40°C
Antonella Roggio
il diodo è collegato con un elettrometro che opera in modalità di corrente ed è collegato a un PC......altre specifiche per la corrente e tensione di alimentazione
Antonella Roggio
Diodo e camere sono posizionati simmetricamente con i loro centri a una distanza di 0.5 cm dall’asse centrale del fascio per ottenere la stessa distanza sorgente-rivelatore.Essi sono irradiati simultaneamente dal fascio di raggi x per evitare effetti di instabilità
Antonella Roggio
Entrambe con pareti aria-equivalenti di spessore 1.25 mmsono state usate come dosimetri di riferimento nelle misure in aria e in acqua rispettivamente
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Gy
nC
acquainassorbitadose
diododelrispostaysensitivit
• Il diodo è irradiato in aria schermato e non schermato da cappucci di piombo di 15 mm di lunghezza e spessore variabile [0.15÷0.25mm]
• Misura dell’esposizione in aria con la camera a ionizzazione Capintec PR06-C
• Sua conversione in dose-acqua
Misure della sensitivity del diodo in aria:
Diodo e camera irradiati alla stessa distanza dall’asse centrale del fascio per ottenere la stessa distanza rivelatore-sorgente e per eliminare effetti di instabilità
del fascio
Misure in Aria
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Sensitivity relativa vs energia*
* Normalizzata al valore ottenuto per il 60Co
I diodi schermati dai cappucci di piombo mostrano un
“appiattimento” della sensitivity in un range 80 keV ÷ 1.25 MeV
Spessore filtri
• nessun filtro • 0.15 mm • 0.22 mm • 0.25 mm
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il diodo è stto irradiato sia con i cappucci di vario spessoreche senza cappuccio.la sua sensitivity normalizzata al 60Co in funzione dell'energia effettiva dei fotoni èmostrata in figura.come atteso, l'andamento della misura per il diodo non incappucciato è quello descritto in letteratura; le curve per la sensitivity dei diodi incappucciati sono invece più appiattite.
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Incertezza per la sensibilità < 4%
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Sensitivity vs dose-rate
La sensitivity del diodo, quando l’energia è quella del 60Co, è
indipendente dal dose-rate per valori [1 cGy/min ÷ 10 Gy/min]
GynCCoS /2.3160
per cappuccio di Pb di spessore 0.22 mm attorno al diodo
In particolare:
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la sensibilità è costante su un ampio range di dose-rate, da 1 a 10 Gy/min.non si è verificata la sensibilità per valori inferiori di dose-rate perchè per questi valori la corrente di background superava il 50% del segnale
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Gy
nC
acquainassorbitadose
diododelrispostaysensitivit
Misure della sensitivity del diodo in acqua
• Il diodo e la C.I. Capintec PR05-P sono irradiati in acqua a 3 diverse profondità [1,5,10 cm] usando raggi x di 140 keV e sorgenti di Ir192 e Co60.
• La distanza sorgente-acqua è stata rispettivamente di 40, 7, 60 cm
• Le letture della camera normalizzate a 1 cm sono state assunte pari alla Dw
Misure in Acqua
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Sensitivity relativa in funzione della profondità in acqua
140 keV
60Co
192Ir
Le curve sono normalizzate alla profondità d = 1 cm
Per ogni energia si è misurata la sensitivity del diodo, sia con filtro che senza, a diverse profondità.
Profondità
• 1 cm• 4 cm•10 cm
Spessore filtri
• nessun filtro • 0.15 mm • 0.22 mm • 0.25 mm
Le misure effettuate con una sorgente di 192Ir mostrano che lo spessore ottimale del
cappuccio è di 0.22 mm
Antonella Roggio
Misure in acquaIl diodo e la C.I. Capintec PR05-P sono irradiati a varie profondità [1,5,10 cm] usando x-ray di 140 keV equivalenti all’Ir e Co.La distanza sorgente-acqua è stata rispettivamente di 40, 7, 60 cmLe letture della camera sono state normalizzate alla profondità di 1 cm e sono state assunte = a alla dose relativa in acqua perché….
Antonella Roggio
Per il diodo EDD-5:Un cappuccio di 0.25 mm (r = 0.3 g/cm3) aumenta la risposta relativa fino a 10 cm for a 60Co beam gamma. questa dimensione del filtro è in accordo con quella usata da Rikner e Grusell per un rivelatore di tipo p.Nel caso dell’ 192Ir l’ottimizzazione è ottenuta con un cappuccio di 0.22 mm
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Calcolo della sensitivity in acqua per una sorgente di 192Ir:
La sensitivity media:
i
i water
ienii
i
water
ienii
ρ
EμE r,EΦ
ES
ρ
EμE r,EΦrS
__
3 Fig.inmostrate diodo del iessensitivit ES
acqua in massici toassorbimen di ticoefficien ρ
Eμ
sorgente-diodo rdistanza una a Eenergia di fotoni deifluenze rE dove
i
water
ien
ii
,
Distanza diodo-sorgente
• 1 cm
• 5 cm
•10 cm
Con il diodo schermato con un filtro di Pb di 0.22 mm le sono le stesse entro l’ 1%
)(__
rS
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Il rateo di dose radiale lungo l’asse trasverso per una piccola sorgente cilindrica di 192Ir:
2
r
r
(r)S
)(rS
)L(r
L(r)
r
r
)(rD
(r)Drg 0
_0
_
0
2
00
Misure nel fantoccio per la brachiterapia
rgrFrG
rGrDrD
,
),(
),(),(),(
0000
fotoni difluenza alla fornisconostessa sorgente la e cappuccio ilche filtro effetto dell'e
mezzo, nel diffusionee toassorbimen di effetti degli contotiene rg
sorgentealla intornodose della ne distribziodella a anisotropi difunzione θr,F
sorgentealla intornoattività dell'spaziale one distribuzila descrive θ)G(r,
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alla distanza r dal centro della sorgente
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a 1, 5 e 10 cm dalla sorgenteI valori della sensitivity media per altre distanze sono stati ottenuti per interpolazione. --> vedi fig. 5
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Distribuzione della dose radiale per una sorgente di 192Ir
Fantoccio solido muscolo-tessuto-equivalente MS11*
Distribuzione di dose lungo l’asse trasverso della sorgente di 192Ir
3 sezioni di 30x30x10 cm3 ciascuna
Diodo posizionato col suo asse longitudinale perpendicolarmente al piano che contiene la sorgente.
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Per determinare la distribuzione di dose lungo l’asse trasverso della sorgente di 192Ir le misure col diodo sono state effettuate in un fantoccio solido muscolo-tessuto-equivalente MS11* Fantoccio 3 sezioni di 30x30x10 cm3 ciascuna à la sorgente può essere posizionata al centro di un cubo 30x30x30 cm3 Diodo posizionato col suo asse longitudinale perpendicolarmente al piano che contiene la sorgente.* È un buon materiale acqua equivalente nel range delle energie dell’192Ir
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Confronto tra dati sperimentali e teorici
*
Thomason e Williamson.
g(r) Dati sperimentali
Dati teorici
Spessore filtri
• 0.15 mm • 0.25 mm
2
0
0 )(
)(
r
r
rL
rL
2
r
r
(r)S
)(rS
)L(r
L(r)
r
r
)(rD
(r)Drg 0
_0
_
0
2
00
Antonella Roggio
in figura sono confrontati i valori della g(r) per la sorgente di Ir misurati dal diodo schermato da un cappuccetto di 0.22 mm con quelli teorici.inoltre sono anche riportati i rapporti ..... per due diversi spessori del cappuccetto schermante
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Conclusioni
• La risposta del diodo è molto sensibile alle variazioni dello spessore del cappuccio
• È possibile compensare la sensitivity di un diodo EDD-5 mediante l’uso di cappucci di piombo di vario spessore scegliendo opportunamente lo spessore del cappuccio
• È possibile usare i diodi EDD-5 opportunamente schermati e posizionati per misure dosimetriche accurate in acqua o in fantoccio con sorgenti al alto dose-rate
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AAPM protocol:
Fotoni > 1 MeV replionwall
water
air
gasw P P P L
N M D
replion
water
air
en
water
air
gasw P P L
N M D
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00 )(
kSrD
Sk è il kerma in aria
la costante di dose-rate a r0=1 cm dalla sorgente
Dose-rate a r0 = 1 cm:
