Realizzazione di un sistema compatto per misure di flusso e di spettro energetico in fasci diagnostici e terapeutici

Nella medicina moderna fasci di fotoni (x e gamma) vengono usati regolarmente sia in campo diagnostico sia in campo terapeutico. nei reparti radiologici degli ospedali, accanto ai tradizionali sistemi a lastra (sistemi analogici) si sta facendo sempre più avanti l’uso di sistemi digitali. questi vanno dalla semplice digitalizzazione delle lastre, a sistemi indirettamente digitali (per esempio basati su fosfori), a sistemi intrinsecamente digitali (per esempio basati su silicio o silicio amorfo). Premesso ciò, risulta evidente che caratterizzare i fasci di fotoni x e gamma usati, sia in termini di flusso che in termini di spettro energetico diventa determinante per un loro utilizzo al fine di ottenere un migliore risultato diagnostico (migliore risoluzione della immagine) e terapeutico (minore dose per il paziente). Allo stato attuale, anche se sono possibili dei confronti relativi, non è disponibile un sistema che consenta la misura assoluta dei parametri di “imaging”, quali la modulation transfer function (mtf) e la detective quantum efficiency (dqe). La maniera standard di valutare la qualità di un sistema di “imaging” è determinare la dqe (f) in funzione della frequenza spaziale f. per f =0, la determinazione di dqe (0), richiede la misura del numero di fotoni incidenti. Risulta quindi evidente che la misura dell’intensità di un fascio con un sistema perfettamente noto nella sua risposte energetica è una richiesta essenziale sia per gli scopi dosimetrici, sia per determinare la qualità dell’immagine. Le difficoltà e la complessità dei problemi da affrontare sono evidenti. Vi sono problemi di natura teorica, sperimentale e tecnologica e la progettazione di un apparato di rivelazione per “imaging” richiede una combinazione di risultati ottenuti sia su base sperimentale (misure di flusso e di spettro energetico) sia con analisi numeriche (analisi dello spettro energetico ottenuto, controllo della matrice di pixel formanti un piano di rivelazione, acquisizione dell’immagine digitale, etc). Scopo di tale progetto, di natura strettamente sperimentale, è lo sviluppo e progettazione di un prototipo di misuratore di flusso e di spettro energetico per fotoni nel range di energia da 10 a 100 kev. Nell’ambito di questo progetto è prevista innanzitutto la calibrazione e test su fascio, atte a valutare le caratteristiche tecnico-scientifiche di tali sistemi di rivelazione. A tal fine è previsto l’uso della x-ray facility offerta dal laboratorio LAX (laboratorio per sperimentazione con radiazione x), presente all’università degli studi di Palermo.

Obiettivi Sono state individuate più linee di indagine di carattere sperimentale, ognuna con delle particolari caratteristiche, al fine di ottenere come risultato comune un sistema di rivelazione che presenti le seguenti caratteristiche: 1. ottime capacità spettroscopiche nel range energetico (10-30 keV), per rilevare la distribuzione spettrale dei fotoni; 2. elevata capacità di conteggio, in considerazione dell’alta intensità del fascio; 3. dimensioni poco ingombranti, per poter effettuare una accurata esplorazione della regione investita dal fascio; 4. buone caratteristiche di ripetibilità delle misure; 6. elevata trasportabilità del sistema; 7. costi accessibili. Metodologie Si prevedono misure su rivelatori in CZT, CdTe, con vari spessori sia con geometria a singolo pixel e guard-ring che con geometria multipixel. Per il mono pixel verrà in particolare indagato l’uso di tensioni di polarizzazione diverse per il pixel ed il guard-ring. Se si usano tensioni minori per il guard-ring, si aumenta il cosiddetto small pixel effect, perché le linee di forza del campo elettrico tendono a concentrarsi sul pixel centrale, aumentando la probabilità che elettroni prodotti fuori della zona ad esso sottostante vadano invece a contribuire ai segnali lì registrati. E’ anche da investigare una configurazione meno comune, con il guard-ring a tensione maggiore del pixel centrale, studiando le differenze di tensione più opportune perché tutti e soli i portatori prodotti nella regione sottostante il pixel vengano raccolti da questo elettrodo. Per l’architettura multipixel, per la quale in letteratura è stato dimostrato che la riduzione delle dimensioni dei pixel comporta un significativo miglioramento delle performance spettroscopiche del rivelatore (small pixel effect).