sviluppo di un dosimetro a fibre wavelength shifter per...
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Sapienza – Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale – Ingegneria Clinica – Stefano Pioli (1185189) – A.A. 2010/2011
Sviluppo di un dosimetro
a fibre wavelength shifter
per adroterapia
Laureando:
Stefano Pioli Relatore:
Prof. Adalberto Sciubba Correlatore:
Prof. Vincenzo Patera
Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale
Ingegneria Clinica
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L’adroterapia oncologica
Adroni: • particelle soggette ad una forza
nucleare forte • migliaia di volte più pesanti degli
elettroni
Fascio terapeutico: • ioni di carbonio (12C), 430 MeV • protoni, 220 MeV
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La dose rilasciata
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Il dosimetro per imaging
Emissione di carichi: protoni Fascio di ioni ! Phantom !
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Lo scintillatore plastico
Saint Gobain BC‐408 • Impiegato per particelle
cariche, muoni, raggi cosmici e protoni
• Base di polivintoluene • Indice di rifrazione n=1.58 • Attenuazione della luce in
210 cm
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Le fibre Wavelength Shifter
Saint Gobain BCF‐91A • Attenuazione della luce
assorbita in 0,3 cm • Attenuazione della luce
emessa di 350 cm
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Il fotomoltiplicatore multi‐anodo Hamamatsu H8500 • 8x8 anodi • 12 dinodi e guadagno fino a
2x106 • Q.E. al 35% per i 480 nm
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Scopo della Tesi
Il metodo MONTECARLO
• realizzare una simulazione per un rivelatore a
fibre wavelength shifter
• validare la simulazione per progettare diverse
strutture di rivelatori ottimizzare le prestazioni
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Il programma di simulazione FLUKA
Il metodo MONTECARLO
• Schermatura acceleratori • Fisica nucleare e sub‐nucleare • Dosimetria
• Raggi cosmici • Radioterapia
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Struttura della simulazione
1. Riproduzione virtuale dell’oggetto
2. Assegnazione dei materiali
3. Proprietà ottiche dei materiali
4. Scoring
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Struttura della simulazione
1. Riproduzione virtuale dell’oggetto
2. Assegnazione dei materiali
3. Proprietà ottiche dei materiali
4. Scoring
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Struttura della simulazione
1. Riproduzione virtuale dell’oggetto
2. Assegnazione dei materiali
3. Proprietà ottiche dei materiali
4. Scoring
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Struttura della simulazione
1. Riproduzione virtuale dell’oggetto
2. Assegnazione dei materiali
3. Proprietà ottiche dei materiali
4. Scoring
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Il dosimetro
Dosimetro reale !
" Dosimetro simulato
verso il fotomoltiplicatore multi‐anodo
Scintillatore plastico
Fibre Wavelength shifter
Dimensione: 32 x 32 x 10 mm3
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La simulazione del dosimetro
SOURCE USRINI MGDRAW score dei
fotoni
Risultati Carico le
proprietà
ottiche dei
fotoni
Inizializzo i
fotoni
È
l’ultimo?
Diagramma di flusso standard di Fluka per fotoni monocromatici
sì
no
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La simulazione del dosimetro
SOURCE dei
fotoni blu USRINI
MGDRAW:
EEDRAW
score dei
fotoni blu Risultati
Carico le
proprietà
ottiche dei
fotoni blu e
di quelli
verdi
Inizializzo i
fotoni blu
Assorbito
in un
core?
È
l’ultimo?
SOURCE dei
fotoni verdi
Inizializzo i
fotoni verdi
MGDRAW:
BDX fra core e
PMT
Riflessione
totale
interna?
score dei
fotoni verdi
sì sì
sì
no
no
no
Simulazione fotone ottico standard ! Simulazione fotone ottico in una fibra WLS
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Le distribuzioni di foto‐elettroni
Al passaggio di un singolo protone la distribuzione di foto‐elettroni già evidenzia una correlazione con la posizione della sorgente nonostante le grosse fluttuazioni statistiche.
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L’analisi in alta statistica
Sovrapponendo la risposta di più protoni emergono profili più regolari nei quali è possibile distinguere gli effetti dei riflettori.
1 protone
1000 protoni
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La risoluzione spaziale
arbitrary un
it
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Conclusioni # Correlazione fra posizione
della sorgente e distribuzione di foto‐elettroni
# La risoluzione spaziale di circa 500 !m
$ 80% dei fotoni «blu» vengono assorbiti dai core
$ 6% dei fotoni «verdi» generati sono trasportati al PMT
• Fibre a sezione quadrata con doppio cladding per aumentare l’efficienza di trapping
• Scintillatore con p‐terfenile per avere resa luminosa migliore • Analisi di forma per trovare la posizione • Verifica dei risultati sperimentali
Prospettive future
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Il prototipo del dosimetro
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Il prototipo del dosimetro al GSI
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Grazie per l’attenzione.