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Caratterizzazione di un Caratterizzazione di un rivelatore al Silicio p-type rivelatore al Silicio p-type per uso barachiterapicoper uso barachiterapico
Esame di Dosimetria II – Prof. A. Piermattei
Scuola di Specializzazione in Fisica SanitariaUniversità Cattolica del Sacro Cuore
A.A. 2003-2004
Antonella Roggio
2
Problema:
La risposta del diodo dipende dall’energia
Uso dei diodi al Si per il calcolo della dose in brachiterapia quando si usano sorgenti di alta e media attività.
Diodi al Si:
• alta sensitivity
• buona stabilità meccanica
• minima perturbazione del campo di radiazione
• assenza di bias esterno
• rivestire i diodi con filtri compensativi di differenti Z e spessori
• correzione della risposta mediante simulazioni Monte Carlo
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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
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Diodo EDD-5
Sorgenti utilizzate
• 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
5
Gy
nC
acquainassorbitadose
diododelrispostaysensitivit
• 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
Misure della sensitivity del diodo 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
Misure in Aria
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Sensitivity relativa vs energia*
* Normalizzata al valore ottenuto per il 60Co
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
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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]
GynCCoS /2.3160
per cappuccio di Pb di spessore 0.22 mm attorno al diodo
In particolare:
8
Gy
nC
acquainassorbitadose
diododelrispostaysensitivit
Misure della sensitivity del diodo 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
Misure in Acqua
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Sensitivity relativa in funzione della profondità in acqua
140 keV
60Co
192Ir
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
Le misure effettuate con una sorgente di 192Ir mostrano che lo spessore ottimale del
cappuccio è di 0.22 mm
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Calcolo della sensitivity in acqua per una sorgente di 192Ir:
La sensitivity media:
i
i water
ienii
i
water
ienii
ρ
EμE r,EΦ
ES
ρ
EμE r,EΦrS
__
3 Fig.inmostrate diodo del iessensitivit ES
acqua in massici toassorbimen di ticoefficien ρ
Eμ
sorgente-diodo rdistanza una a Eenergia di fotoni deifluenze rE dove
i
water
ien
ii
,
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%
)(__
rS
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Il rateo di dose radiale lungo l’asse trasverso per una piccola sorgente cilindrica di 192Ir:
2
r
r
(r)S
)(rS
)L(r
L(r)
r
r
)(rD
(r)Drg 0
_0
_
0
2
00
Misure nel fantoccio per la brachiterapia
rgrFrG
rGrDrD
,
),(
),(),(),(
0000
fotoni difluenza alla fornisconostessa sorgente la e cappuccio ilche filtro effetto dell'e
mezzo, nel diffusionee toassorbimen di effetti degli contotiene rg
sorgentealla intornodose della ne distribziodella a anisotropi difunzione θr,F
sorgentealla intornoattività dell'spaziale one distribuzila descrive θ)G(r,
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Distribuzione della dose radiale per una sorgente di 192Ir
Fantoccio solido muscolo-tessuto-equivalente MS11*
Distribuzione di dose lungo l’asse trasverso della sorgente di 192Ir
3 sezioni di 30x30x10 cm3 ciascuna
Diodo posizionato col suo asse longitudinale perpendicolarmente al piano che contiene la sorgente.
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Confronto tra dati sperimentali e teorici
*
Thomason e Williamson.
g(r) Dati sperimentali
Dati teorici
Spessore filtri
• 0.15 mm • 0.25 mm
2
0
0 )(
)(
r
r
rL
rL
2
r
r
(r)S
)(rS
)L(r
L(r)
r
r
)(rD
(r)Drg 0
_0
_
0
2
00
14
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
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AAPM protocol:
Fotoni > 1 MeV replionwall
water
air
gasw P P P L
N M D
replion
water
air
en
water
air
gasw P P L
N M D
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00 )(
kSrD
Sk è il kerma in aria
la costante di dose-rate a r0=1 cm dalla sorgente
Dose-rate a r0 = 1 cm:
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