MONITORAGGIO ON-LINE DI UN FASCIO DI ADRONI PER TRATTAMENTI RADIOTERAPICI G.A.P. CIRRONE, P.A....

MONITORAGGIO ON-LINE DI UN FASCIO DI

ADRONI PER TRATTAMENTI RADIOTERAPICI

G.A.P. CIRRONE, P.A. LOJACONO, R. MESSINA, G. CUTTONE,

L. RAFFAELE, F. MIDILI, C. DE MARTINIS, D. GIOVE, M. MAURI.

INFN-Laboratori Nazionali del Sud

Via S. Sofia 44, Catania

Paziente in posizione di trattamento

Sistema in studio (configurazione sperimentale)


La precisione della distribuzione spaziale della dose rilasciata dal fascio è uno dei parametri fondamentali per la riuscita del suddetto trattamento ed è garantita da numerose verifiche sperimentali.

Paziente in posizione di trattamento

utilizza un fascio di protoni da 62 MeV, prodotto da un ciclotrone superconduttore per il trattamento di melanomi della coroide e

dell’iride.


AI LABORATORI NAZIONALI DEL SUD (CATANIA),LA FACILITY CATANA

(Centro di AdroTerapia e Applicazioni Nucleari Avanzate)

SISTEMI DI MONITORAGGIO DEL FASCIO ESISTENTI

entrambi i sistemi, benchè molto accurati,

presentano lunghi tempi di acquisizione ed

elaborazione dati

Tempi di acquisizione di circa 30 minuti

Tempi di acquisizione di

circa 24 ore

DIODO: scansione trasversale del fascio tramite un diodo al silicio che misura l’intensitá di corrente e ne visualizza la distribuzione lungo due assi cartesiani ortogonali,trasversali all’asse del fascio;

FILM GAF-CROMICI: determinazione della distribuzione trasversale di dose rilasciata dal fascio dall’annerimento subito dal film da esso irradiato;


CCD

SCHERMOSCINTILLANTE

SPECCHIO

45°

NUOVO SISTEMA REALIZZATOFASCIO DI ADRONI

monitoraggio di un fascio

di adroni basatosu uno schermo

fluorescenteaccoppiato ad una

telecameraanalogica;

LabVIEW

acquisizione e processamento dell’ immagine riflessa dallospecchio attraverso un’applicazionesviluppata in ambiente LabVIEW 6.1;

Tempi di acquisizione di circa 1 minuto


CONFIGURAZIONE DEFINITIVA

Specchio posto a 45° rispetto all’asse del fascio.

Telecamera a 90° rispetto all’asse del fascio, che inquadra l’immagine riflessa dallo specchio.

Schermo scintillante

alloggiato su un supporto,

perpendicolare all’asse del fascio.



ANALISI DATI

Scheda di acquisizione per immagini monocromatiche ad alta qualità:

IMAQ PCI-1409 (National Instrument)

Acquisizione e memorizzazione del segnale sotto forma di matrici

a 10 bit

Coordinate spaziali di ogni pixel della

telecamera

Corrispendenti scale di

grigio


SOFTWARE PER L’ANALISI DEI DATIAmbiente LabView 6.1


Calibrazione spaziale

Fattore di calibrazione:0.112 mm/pixel


Sistema di riferimento cartesiano

Selezione ROI



• Impostazione numero N di immagini da mediare (riduzione del rumore)

• Acquisizione e media di N immagini a “fascio spento” (fondo)

• Sottrazione del fondo (accrescimento del SNR)

• Acquisizione e media di N immagini a “fascio acceso” (segnale da processare)

• Ricostruzione delle distribuzioni trasversali di dose lungo gli assi del sistema di riferimento scelto (profili)

• Calcolo dei relativi parametri dosimetrici

• Remotizzazione tramite la rete intranet dell’aplicazione fino alla sala di controllo degli acceleratori

Scintillatore plasticoBC 400

SCINTILLATORI SPERIMENTATI

Il BC 400 è il materiale scelto per la nostra sperimentazione.

Allumina (Al2O3) Ioduro di Cesio (CsI)


• Allumina: scarsa efficienza luminosa;

• Ioduro di Cesio: ottima efficienza luminosa, ma scarsa omogeneità; • BC 400: buona efficienza luminosa e notevole omogeneità.


SEGNALE vs DOSE RATE

CARATTERIZZAZIONE DEL SISTEMA

Risposta lineare nel range di trattamento (10 20 Gy/min)

RISULTATI SPERIMENTALI E CONFRONTI

I parametri che caratterizzano un

profilo trasversale del fascio calcolati

con i due sistemi sono in buon

accordo


X AXIS W 50% mm

H 90%/50%

Psx mm

Pdx mm

SYMMETRY %

CCD 25.93 0.87 1.3 1.6 2.9

DIODE 25.43 0.88 1.1 1.2 2.5

COMPARISON CCD-DIODE HORIZONTAL PROFILE

0

20

40

60

80

100

120

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20distance from axis (mm)

sign

al %

CCD

DIODE

RISULTATI SPERIMENTALI E CONFRONTI

I parametri che caratterizzano un

profilo trasversale del fascio calcolati

con i due sistemi sono in buon

accordo


COMPARISON CCD-DIODE VERTICAL PROFILE

0

20

40

60

80

100

120

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20distance from axis (mm)

sign

al %

CCD

DIODE

Y AXIS W50% mm

H 90%/50% Psx mm

Pdx mm

SYMMETRY %

CCD 25.71 0.88 1.76 1.65 1.45

DIODE 25.71 0.91 1.3 1.3 1.38

CONCLUSIONI E PROSPETTIVE

Opportunità di utilizzarlo come sistema

rapido, e al tempo stesso accurato di:


• Risultati simili a quelli ottenuti con i sistemi attualmente in uso• Tempi di acquisizione ed elaborazione dati notevolmente ridotti

In futuro, la sperimentazione del sistema in studio

prevederà l’utilizzo di scintillatori di spessore

minore per ridurre gli effetti di diffusione

• centraggio del fascio (direttamente utilizzato dagli acceleratoristi)• monitoraggio dello stesso

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