Sviluppo di un dosimetro a fibre wavelength shifter per adroterapia

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1 Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale Ingegneria Clinica Sviluppo di un dosimetro a fibre wavelength shifter per adroterapia Relatore: Prof. Adalberto Sciubba Correlatore: Prof. Vincenzo Patera Laureando: Stefano Pioli

2 L adroterapia oncologica Adroni: particelle soggette ad una forza nucleare forte migliaia di volte più pesanti degli elettroni Fascio terapeutico: ioni di carbonio ( 12 C), 430 MeV protoni, 220 MeV

3 La dose rilasciata

4 Il dosimetro per imaging Fascio di ioni! Phantom! Emissione di carichi: protoni

5 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

6 Le fibre Wavelength Shifter Saint Gobain BCF 91A Attenuazione della luce assorbita in 0,3 cm Attenuazione della luce emessa di 350 cm

7 Il fotomoltiplicatore multi anodo Hamamatsu H8500 8x8 anodi 12 dinodi e guadagno fino a 2x10 6 Q.E. al 35% per i 480 nm

8 Scopo della Tesi realizzare una simulazione per un rivelatore a fibre wavelength shifter validare la simulazione per progettare diverse strutture di rivelatori ottimizzare le prestazioni Il metodo MONTECARLO

9 Il programma di simulazione FLUKA Schermatura acceleratori Fisica nucleare e sub nucleare Dosimetria Raggi cosmici Radioterapia Il metodo MONTECARLO

10 Struttura della simulazione 1. Riproduzione virtuale dell oggetto 2. Assegnazione dei materiali 3. Proprietà ottiche dei materiali 4. Scoring

11 Struttura della simulazione 1. Riproduzione virtuale dell oggetto 2. Assegnazione dei materiali 3. Proprietà ottiche dei materiali 4. Scoring

12 Struttura della simulazione 1. Riproduzione virtuale dell oggetto 2. Assegnazione dei materiali 3. Proprietà ottiche dei materiali 4. Scoring

13 Struttura della simulazione 1. Riproduzione virtuale dell oggetto 2. Assegnazione dei materiali 3. Proprietà ottiche dei materiali 4. Scoring

14 Il dosimetro Fibre Wavelength shifter Dosimetro reale! " Dosimetro simulato verso il fotomoltiplicatore multi anodo Scintillatore plastico Dimensione: 32 x 32 x 10 mm 3

15 La simulazione del dosimetro Inizializzo i fotoni no USRINI SOURCE MGDRAW score dei fotoni È l ultimo? sì Carico le proprietà ottiche dei fotoni Risultati Diagramma di flusso standard di Fluka per fotoni monocromatici

16 La simulazione del dosimetro Inizializzo i fotoni blu no USRINI SOURCE dei fotoni blu MGDRAW: EEDRAW Assorbito in un core? no È l ultimo? sì sì Carico le proprietà ottiche dei fotoni blu e di quelli verdi Inizializzo i fotoni verdi score dei fotoni verdi score dei fotoni blu SOURCE dei fotoni verdi Risultati sì no Riflessione totale interna? MGDRAW: BDX fra core e PMT Simulazione fotone ottico standard! Simulazione fotone ottico in una fibra WLS

17 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.

18 L analisi in alta statistica 1 protone 1000 protoni Sovrapponendo la risposta di più protoni emergono profili più regolari nei quali è possibile distinguere gli effetti dei riflettori.

19 La risoluzione spaziale arbitrary unit

20 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 Prospettive future 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

21 Il prototipo del dosimetro

22 Il prototipo del dosimetro al GSI

23 Grazie per l attenzione.