INFN-Laboratori Nazionali del Sud MONITORAGGIO ON-LINE DI UN FASCIO DI ADRONI PER TRATTAMENTI RADIOTERAPICI INFN-Laboratori Nazionali del Sud Via S. Sofia 44, Catania Sistema in studio (configurazione sperimentale) Paziente in posizione di trattamento G.A.P. CIRRONE, P.A. LOJACONO, R. MESSINA, G. CUTTONE, L. RAFFAELE, F. MIDILI, C. DE MARTINIS, D. GIOVE, M. MAURI.

AI LABORATORI NAZIONALI DEL SUD (CATANIA), LA FACILITY CATANA INFN-Laboratori Nazionali del Sud AI LABORATORI NAZIONALI DEL SUD (CATANIA), LA FACILITY CATANA (Centro di AdroTerapia e Applicazioni Nucleari Avanzate) 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. 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.

SISTEMI DI MONITORAGGIO DEL FASCIO ESISTENTI INFN-Laboratori Nazionali del Sud SISTEMI DI MONITORAGGIO DEL FASCIO ESISTENTI 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; 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

NUOVO SISTEMA REALIZZATO INFN-Laboratori Nazionali del Sud NUOVO SISTEMA REALIZZATO FASCIO DI ADRONI SPECCHIO 45° monitoraggio di un fascio di adroni basato su uno schermo fluorescente accoppiato ad una telecamera analogica; SCHERMO SCINTILLANTE LabVIEW acquisizione e processamento dell’ immagine riflessa dallo specchio attraverso un’applicazione sviluppata in ambiente LabVIEW 6.1; CCD Tempi di acquisizione di circa 1 minuto

CONFIGURAZIONE DEFINITIVA INFN-Laboratori Nazionali del Sud CONFIGURAZIONE DEFINITIVA Specchio posto a 45° rispetto all’asse del fascio. Schermo scintillante alloggiato su un supporto, perpendicolare all’asse del fascio. Telecamera a 90° rispetto all’asse del fascio, che inquadra l’immagine riflessa dallo specchio.

INFN-Laboratori Nazionali del Sud 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 Corrispendenti scale di grigio Coordinate spaziali di ogni pixel della telecamera

SOFTWARE PER L’ANALISI DEI DATI INFN-Laboratori Nazionali del Sud SOFTWARE PER L’ANALISI DEI DATI Ambiente LabView 6.1

SOFTWARE PER L’ANALISI DEI DATI INFN-Laboratori Nazionali del Sud SOFTWARE PER L’ANALISI DEI DATI Ambiente LabView 6.1 Calibrazione spaziale Sistema di riferimento cartesiano Fattore di calibrazione: 0.112 mm/pixel Selezione ROI

SOFTWARE PER L’ANALISI DEI DATI INFN-Laboratori Nazionali del Sud SOFTWARE PER L’ANALISI DEI DATI Ambiente LabView 6.1 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

SCINTILLATORI SPERIMENTATI INFN-Laboratori Nazionali del Sud SCINTILLATORI SPERIMENTATI Allumina (Al2O3) Ioduro di Cesio (CsI) Scintillatore plastico BC 400 Allumina: scarsa efficienza luminosa; Ioduro di Cesio: ottima efficienza luminosa, ma scarsa omogeneità; BC 400: buona efficienza luminosa e notevole omogeneità. Il BC 400 è il materiale scelto per la nostra sperimentazione.

CARATTERIZZAZIONE DEL SISTEMA INFN-Laboratori Nazionali del Sud CARATTERIZZAZIONE DEL SISTEMA SEGNALE vs DOSE RATE Risposta lineare nel range di trattamento (10  20 Gy/min)

RISULTATI SPERIMENTALI E CONFRONTI INFN-Laboratori Nazionali del Sud 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

RISULTATI SPERIMENTALI E CONFRONTI INFN-Laboratori Nazionali del Sud RISULTATI SPERIMENTALI E CONFRONTI I parametri che caratterizzano un profilo trasversale del fascio calcolati con i due sistemi sono in buon accordo Y AXIS W50% mm H 90%/50% Psx mm Pdx mm SYMMETRY % CCD 25.71 0.88 1.76 1.65 1.45 DIODE 0.91 1.3 1.38

CONCLUSIONI E PROSPETTIVE INFN-Laboratori Nazionali del Sud CONCLUSIONI E PROSPETTIVE Risultati simili a quelli ottenuti con i sistemi attualmente in uso Tempi di acquisizione ed elaborazione dati notevolmente ridotti Opportunità di utilizzarlo come sistema rapido, e al tempo stesso accurato di: centraggio del fascio (direttamente utilizzato dagli acceleratoristi) monitoraggio dello stesso In futuro, la sperimentazione del sistema in studio prevederà l’utilizzo di scintillatori di spessore minore per ridurre gli effetti di diffusione