Caratterizzazione di un rivelatore al Silicio p-type per 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

Diodi al Si: alta sensitivity buona stabilità meccanica minima perturbazione del campo di radiazione assenza di bias esterno Uso dei diodi al Si per il calcolo della dose in brachiterapia quando si usano sorgenti di alta e media attività. Problema: La risposta del diodo dipende dall’energia rivestire i diodi con filtri compensativi di differenti Z e spessori correzione della risposta mediante simulazioni Monte Carlo

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

Diodo EDD-5 Sorgenti utilizzate Camere a ionizzazione Elettrometro 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

Misure della sensitivity del diodo in aria: Misure 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 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

Sensitivity relativa vs energia* 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  * Normalizzata al valore ottenuto per il 60Co

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] In particolare: per cappuccio di Pb di spessore 0.22 mm attorno al diodo

Misure della sensitivity del diodo in acqua Misure 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

Sensitivity relativa in funzione della profondità in acqua 140 keV 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  192Ir Le misure effettuate con una sorgente di 192Ir mostrano che lo spessore ottimale del cappuccio è di 0.22 mm 60Co

Calcolo della sensitivity in acqua per una sorgente di 192Ir: La sensitivity media: 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%

Misure nel fantoccio per la brachiterapia Il rateo di dose radiale lungo l’asse trasverso per una piccola sorgente cilindrica di 192Ir:

Distribuzione della dose radiale per una sorgente di 192Ir Distribuzione di dose lungo l’asse trasverso della sorgente di 192Ir Fantoccio solido muscolo-tessuto-equivalente MS11* 3 sezioni di 30x30x10 cm3 ciascuna Diodo posizionato col suo asse longitudinale perpendicolarmente al piano che contiene la sorgente.

Confronto tra dati sperimentali e teorici g(r) Dati sperimentali  Dati teorici   Spessore filtri 0.15 mm  0.25 mm  * Thomason e Williamson.

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

AAPM protocol: Fotoni > 1 MeV 

Dose-rate a r0 = 1 cm: Sk è il kerma in aria L0 la costante di dose-rate a r0=1 cm dalla sorgente