IT202100019520A1 - Metodo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici e relativo dispositivo di controllo - Google Patents

Description

METODO PER IL CONTROLLO DEL TRATTAMENTO RADIOTERAPICO DI MALATI ONCOLOGICI E RELATIVO DISPOSITIVO DI

CONTROLLO

La presente invenzione riguarda un metodo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici e il relativo dispositivo di controllo, denominato camera a gas ?ALLS?.

L?invenzione riguarda altres? un dispositivo per il controllo, come ad esempio una camera a ionizzazione, che consenta di lavorare e, quindi compatibile, ai regimi radioterapici ?Flash? che implicano un rateo di dose al bersaglio molto pi? elevato del caso standard, che verranno spiegati successivamente nel dettaglio.

? noto che la radioterapia ? uno strumento consolidato nel trattamento dei pazienti oncologici ed assieme alla chirurgia e alla chemioterapia ha permesso di migliorare significativamente tanto la prognosi finale quanto la qualit? della vita dei malati.

L?efficacia associata al trattamento radioterapico risiede nella possibilit? di colpire le cellule malate con una dose di radiazioni sufficientemente alta da risultare curativa, limitando i danni ai tessuti sani circostanti.

Per effettuare un trattamento efficace vengono messe in atto diverse strategie:

a) Ottimizzazione della balistica del fascio: vengono scelte radiazioni ionizzanti e tecnologie differenti a seconda del tumore da trattare, utilizzando, con i fasci esterni, diversi campi di entrata; in questo modo, si ottengono distribuzioni di dose ?conformate? sul target da trattare, con un risparmio dosimetrico dei tessuti sani adiacenti.

b) Ottimizzazione dei parametri radiobiologici: quando ? possibile, si sfrutta il dato radiobiologico che deriva dal fatto che i tessuti sani recuperano meglio e prima i danni sub-letali delle radiazioni a livello cellulare, rispetto ai tessuti malati. In questo modo ? possibile essere molto efficaci sul tumore limitando i danni ai tessuti sani, frazionando la dose di trattamento. Infatti, ad esempio, una tecnica standard in radioterapia ? rappresentata da un trattamento frazionato in una serie di trattamenti da 2 Gy al giorno, da ripetersi fino a raggiungere la dose prescritta (60 ? 80 Gy).

In ultima analisi, l?efficacia di un trattamento radioterapico risulta data dalla possibilit? di avere una ?finestra terapeutica? (a tale proposito si veda il diagramma della figura 1 allegata, in cui la ?finestra terapeutica? viene definita come la distanza tra le curve) tra la dose curativa al bersaglio (curva superiore di figura 1) ed il danno al tessuto sano (curva inferiore di figura 1).

La prognosi risulta strettamente correlata all?esistenza di tale ?finestra terapeutica?; i tumori a prognosi pi? complessa sono quelli dove risulta complicato, se non impossibile, erogare dosi al bersaglio efficaci (buona probabilit? di guarigione) senza avere limitanti complicazioni.

Si consideri, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, il carcinoma del pancreas, avente oggi una prognosi decisamente infausta, caratterizzato da una sopravvivenza a cinque anni inferiore al 20%, anche nei casi pi? favorevoli.

Il trattamento di questi tumori difficili, che hanno resistito all?imponente sviluppo tecnologico nel settore a partire dagli anni ?80, richiede idee, tecniche e scoperte nuove.

La radioterapia viene attualmente somministrata attraverso molteplici dispositivi: radioisotopi, acceleratori lineari in modalit? elettroni e/o raggi X, ciclotroni per protoni e/o ioni carbonio.

Tutte queste tecnologie sono per? accomunate da un rateo di dose variabile ma sostanzialmente limitato a pochi Gy per minuto.

Alcune ricerche hanno dimostrato un fenomeno inatteso e potenzialmente rivoluzionario: utilizzando un rateo di dose molto pi? elevato, definito come effetto ?Flash?, e pari a circa 40 Gy/s, superiore allo standard di un fattore superiore a 1000, il rapporto tra il danno alle cellule malate rispetto al tessuto sano non risultava pi? quello ottenibile con i ratei di dose standard, ma molto pi? vantaggioso. Ad esempio, risultava possibile curare completamente il tumore al polmone nelle cavie senza gli effetti collaterali della tecnica standard.

Tramite queste ricerche ? stato dimostrato che nel range ?Flash? la cosiddetta ?finestra terapeutica? (si veda il diagramma di figura 1) risultava significativamente maggiore, lasciando intendere una probabilit? pi? elevata di prognosi positiva per tumori ad oggi non ancora curabili, rendendo cos? curabile ci? che oggi non lo ?, e migliorando significativamente la qualit? di vita dei pazienti oncologici.

Uno dei principali problemi che limita l?adozione della radioterapia in modalit? ?Flash? ? l?assenza di strumentazione e metodiche che permettano la misura in tempo reale del fascio laddove si abbiano dosi per impulso e ratei di dose significativamente superiori agli standard odierni.

In particolare, con dosi superiori agli standard odierni si intendono, tipicamente, dosi dell?ordine di pochi cGy/impulso e ratei dell?ordine di decine di Gray/minuto, quando invece un fascio di radiazioni, per potere generare l?effetto ?Flash?, richiede una dose per impulso e ratei di dose superiori, rispettivamente, almeno di un fattore 100 e 10000.

Infatti, le camere a ionizzazione, strumento principale nella messa in funzione ?commissioning? degli acceleratori medicali, risultano ad oggi inutilizzabili.

La formula classica (?Determinazione della dose assorbita nella radioterapia a fascio esterno? o ?Absorbed Dose Determination in External Beam Radiotherapy?, Technical Report Series No. 398 (TRS 398)) per il calcolo della dose con una camera a ionizzazione ? la seguente:

DW = ND, W Mk ksat kq

dove DW ? la dose misurata in acqua, ND,Wil fattore di calibrazione della camera, Mk la lettura della carica corretta per temperatura e pressione, ksat il fattore che tiene conto della ricombinazione ionica, kq il fattore che corregge la lettura per il diverso tipo di qualit? del fascio rispetto alle condizioni di calibrazione.

Tale approccio risulta chiaramente non applicabile perch? il fattore ksat, che tiene conto della diversa ricombinazione ionica con il fascio sotto misura rispetto alle condizioni di calibrazioni note, non ? in alcun modo determinabile in questo caso e comunque la fisica del processo non ? riconducibile in alcun modo alla modellizzazione sottesa in ?TRS 398?.

Nella progettazione di una camera a ionizzazione in regime ?Flash?, ? necessario che la lettura rimanga proporzionale alla dose accumulata, ovvero che non si manifestino fenomeni di saturazione tali da ridurre o annullare la sensibilit? della camera stessa.

Esistono due differenti fenomeni che devono essere controllati e risolti:

- La ricombinazione ionica;

- La generazione di un campo elettrico da parte delle cariche ionizzate tale da annullare o invertire il campo elettrico generato dalla polarizzazione esterna della camera. ? cruciale che il campo elettrico non si annulli perch? se ci? dovesse accadere, avverrebbe la ricombinazione diretta tra elettroni e ioni positivi.

Inoltre, ? necessario garantire che la camera, una volta fissato il valore della tensione di polarizzazione, mantenga lo stesso fattore di proporzionalit? con la dose assorbita al variare della dose per impulso. Per ottenere quanto appena descritto ? necessario assicurarsi di non essere mai in regime geiger, ovvero in regime di produzione di ?scariche? incontrollate, e che la perturbazione del campo elettrico generato dalle cariche per impulso, prodotte all?interno della camera, sia trascurabile rispetto al campo statico applicato tra gli elettrodi (V/d).

Le soluzioni che ad oggi sono state proposte, per superare le problematiche sopra indicate, utilizzano:

1. la riduzione della distanza tra gli elettrodi in modo da ridurre il tempo di volo delle cariche prima della relativa raccolta sull?elettrodo; 2. gas nobili che non siano soggetti a ricombinazione ionica.

Nel dettaglio, la prima soluzione ? limitata, oltre che da difficolt? tecniche realizzative e dalla stabilit? meccanica di una camera con distanze interelettrodiche dell?ordine di 0.1 mm, soprattutto dal limite concettuale dato dalla soglia di scarica. Infatti, si pu? dimostrare che tale soluzione non permette di misurare dosi per impulso superiori a 10 Gy/p.

Con riferimento alla seconda soluzione, senza una adeguata progettazione e un calcolo specifico dei parametri rilevanti, essa non risolve il problema dell?annullamento del campo elettrico n? garantisce di lavorare in regime di camera a ionizzazione o almeno, ove lavori in regime proporzionale, di mantenere costante la produzione di ioni secondari al variare della dose per impulso.

Scopo principale della presente invenzione, ? quindi quello di realizzare un metodo e un dispositivo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici, che sia tale da superare le problematiche dell?arte nota.

Ulteriore scopo della presente invenzione, ? quello di realizzare un metodo e un dispositivo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici che sia tale da operare in modalit? ?Flash?, modalit? nella quale si raggiungono oltre 10 Gy/p, ovvero tre ordini di grandezza di dose assorbita maggiore rispetto agli acceleratori lineari tradizionali.

Altro scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un metodo e un dispositivo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici, le cui misure effettuate siano accurate, nonostante il regime di lavoro.

Scopo della presente invenzione ? anche quello di realizzare un metodo e un dispositivo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici, che consentano la misura di dose con un dispositivo a lettura diretta e risolvendo quindi il problema della dosimetria tramite camera a gas, solo a titolo di esempio una camera a gas che lavora a regime di ionizzazione, di qualsiasi fascio ?Flash? con elettroni.

Non ultimo scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un metodo e un dispositivo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici che sia tale da controllare e risolvere fenomeni come la ricombinazione ionica e la generazione di un campo elettrico da parte delle cariche ionizzate tale da annullare o invertire il campo elettrico generato dalla polarizzazione esterna della camera.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un dispositivo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici secondo la rivendicazione 1 allegata e secondo un metodo di controllo secondo la rivendicazione 7 allegata; altre caratteristiche tecniche di dettaglio sono contenute nelle rivendicazioni successive.

Forma ancora oggetto della presente invenzione un metodo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici e relativo dispositivo di controllo in cui la lettura rimanga proporzionale alla dose accumulata, ovvero che non si manifestino fenomeni di alterazione del campo elettrico tali da ridurre o annullare la sensibilit? della camera stessa (saturazione), e/o produzione incontrollata di ionizzazioni secondarie (che causerebbero la perdita di proporzionalit?).

Questi ed altri scopi vengono raggiunti da un metodo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici e relativo dispositivo di controllo, come meglio emerger? nel seguito della presente descrizione, secondo una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva della presente invenzione e con riferimento alle unite tavole di disegni, in cui:

la figura 1 mostra schematicamente un diagramma relativo al concetto noto di ?finestra terapeutica? in radioterapia;

la figura 2 mostra schematicamente una vista dall?alto del dispositivo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici, secondo la presente invenzione;

la figura 3A mostra schematicamente una vista laterale e in sezione longitudinale del dispositivo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici, secondo la presente invenzione;

la figura 3B mostra un ingrandimento di un dettaglio del dispositivo per il controllo, di figura 3A;

la figura 4 ? relativa ad una vista in esploso del dispositivo di figura 1;

la figura 5 ? relativa ad una vista prospettica del dispositivo di figura 1, secondo la presente invenzione;

la figura 6 ? relativa al sistema di riferimento del funzionamento del dispositivo di figura 1, secondo la presente invenzione;

la figura 7 mostra schematicamente l?andamento tipico del campo elettrico generato dagli ioni rispetto alla distanza d da un elettrodo positivo;

la figura 8 mostra schematicamente la dinamica temporale della densit? di carica;

la figura 9 mostra schematicamente l?andamento della cosiddetta ?Curva di Paschen? per il gas Argon di cui viene riempito il dispositivo per il controllo di figura 1, secondo la presente invenzione.

Il regime di lavoro FLASH, che richiede dosi per impulso tipicamente pari o superiori a 1 Gy/p, non permette di utilizzare la teoria standard di Boag, precedentemente descritta, sulla stima del fattore di correzione per la non completa collezione della carica generata dall?impulso nella camera. Infatti, non ? possibile ignorare l?effetto del campo generato dalle cariche in movimento dopo la ionizzazione.

A partire da queste considerazioni, e con riferimento alle figure 2-5, il dispositivo di controllo, oggetto della presente invenzione, comprende una camera 10 a gas, solo a titolo di esempio una camera a gas che lavora a regime di ionizzazione, ad elettrodi piani 7 e paralleli, che ? progettata in modo tale che ci sia una distanza tra gli elettrodi

Ulteriormente, come visibile in figura 4, il dispositivo di controllo comprende altres? una finestra 2 posta al di sopra del suddetto elettrodo 7. Vantaggiosamente, posta al di sotto dell?elettrodo 7, in posizione opposta alla finestra 2, sono presenti un primo isolante 6, una guardia 5 e, infine, un secondo isolante 4. Infine, sempre vantaggiosamente, connesso alla camera 10 tramite, ad esempio, un tubo ? presente un collettore 8, in particolar per il gas nobile da inserire all?interno della cavit? 11. Sempre in modo vantaggioso, in corrispondenza del collettore 8 ? presente un manometro 12 per il controllo della pressione P e, in forme realizzative preferite, un connettore triassiale 13 adatto all?ultra alto vuoto (UHV).

Vantaggiosamente, per evitare a priori la formazione di ioni negativi nella camera 10, la camera a gas 10 comprende una cavit? 11 che viene riempita di un gas nobile poich?, sempre in modo vantaggioso, questa tipologia di gas non presenta ioni negativi che vengono a generarsi a seguito dell?evento di ionizzazione. In particolare, in una forma realizzativa preferita, ma non limitativa, il gas nobile che viene utilizzato ? l?Argon, ma potrebbe essere utilizzato qualsiasi altro gas nobile.

In questa condizione si possono considerare gli elettroni generati come liberi e, dato che la loro mobilit? ? molto pi? alta di quella degli ioni positivi (di un fattore la loro ricombinazione diretta ? considerata trascurabile fintanto che sono sottoposti ad un campo elettrico non nullo (ad esempio, rivolto verso l?elettrodo positivo della camera).

Per quanto riguarda il campo elettrico all?interno della camera distinguiamo due contributi: quello dovuto alla polarizzazione della camera e quello dovuto alle cariche generate dall?impulso di radiazione. Il campo di polarizzazione della camera ? rivolto verso l?elettrodo positivo, si pu? considerare uniforme e costante nel volume della camera; lo indichiamo come (figura 6).

Per calcolare il campo generato delle cariche liberate analizziamo la dinamica temporale dei processi fisici. Ipotizziamo che un istante dopo l?impulso di radiazione le cariche generate abbiano dato luogo a due distribuzioni di carica uniforme. Vista la grande differenza in mobilit?, la migrazione degli elettroni avviene in tempi molto pi? brevi rispetto a quella degli ioni positivi: possiamo considerare gli ioni fermi e gli elettroni in movimento. Laddove c?? la sovrapposizione ?overlap? fra elettroni e ioni la densit? di carica netta ? pari a zero, quindi istantaneamente dopo l?impulso gli elettroni si muoveranno sotto l?influenza del campo

dunque verso l?elettrodo positivo. La zona di ?overlap? andr? a restringersi nel tempo, a causa della raccolta degli elettroni liberi. L?obiettivo che ci prefiggiamo ? quello di descrivere il campo nella condizione peggiore per quanto riguarda la collezione di elettroni: quella per cui la zona di ?overlap? non c?? e si considera solo una distribuzione uniforme di ioni positivi nel volume della camera 10.

Un?espressione per il campo degli ioni positivi rivolto verso l?elettrodo negativo della camera, si ottiene a partire dall?equazione di Poisson:

Integrando e sfruttando il fatto che a il campo

deve essere uguale a 0 per simmetria, si ottiene:

Dove ? la densit? di carica volumetrica nel volume della camera.

Il campo totale all?interno della camera si ottiene dal principio di sovrapposizione:

Vogliamo che questo campo sia sempre rivolto verso l?elettrodo positivo, quindi per il sistema riferimento scelto, vogliamo che per far s? che si verifichi questa condizione baster? che Si ottiene quindi:

Per rispettare la condizione di contorno del potenziale sugli elettrodi della camera vale anche:

Da cui ? immediato ricavare il valore limite di voltaggio da applicare per avere un campo sempre rivolto verso l?elettrodo positivo e quindi evitare la ricombinazione degli elettroni:

La densit? di carica degli ioni positivi generata nella camera a gas dipende dall?impulso di radiazione (che ? riferito a dose in acqua)

Dove ? il rapporto dello stopping power del gas rispetto a quello all?acqua, ? la densit? del gas nella camera e kQ ? il rapporto tra la lettura della camera in condizioni di calibrazione e in condizioni di lavoro (come da formalismo di TRS 398).

Il voltaggio limite, utilizzando la carica generata, quindi ?:

Il valore di calcolato sopra ? in effetti una sovrastima perch? la massima carica sar? inferiore a causa dell?effetto di svuotamento discusso nel paragrafo successivo.

La stima precedentemente ottenuta per il voltaggio limite ? una sovrastima in quanto non tiene conto delle dinamiche temporali dei processi che stiamo analizzando. In particolare, non tiene di conto della raccolta degli ioni positivi durante il tempo dell?impulso di radiazione di durata Questa raccolta va a diminuire la carica che genera il campo perturbativo e di conseguenza diminuisce il voltaggio minimo necessario ad evitare la ricombinazione degli elettroni.

Supponendo che la deposizione di dose sia lineare nel tempo possiamo scrivere la sua espressione come:

A questo punto in un istante di tempo avremo una parte di carica generata dalla radiazione ed una parte di carica raccolta dagli elettrodi della camera. La carica netta infinitesima ?:

La densit? di carica generata nell?istante di tempo dipende dalla deposizione dell?impulso di radiazione:

Dove V ? il volume della camera e quindi qV = Q/V.

Mentre la carica raccolta dagli elettrodi nell?istante di tempo ?:

Dove ? la velocit? di drift degli ioni positivi che ? legata alla mobilit? e al campo elettrico da E? importante notare come la mobilit? stessa sia inversamente proporzionale alla densit? del gas nella camera, indicando con la densit? a pressione atmosferica del gas, la mobilit? alla pressione atmosferica e con la densit? del gas ad una certa pressione si ha:

L?espressione per la densit? di carica volumetrica raccolta diventa quindi:

Visto che la collezione degli ioni avviene all?elettrodo negativo, il campo da considerare sar? ovvero il campo massimo:

Mettendo insieme i vari contributi si ottiene il rateo di carica netta nella camera:

Che, per praticit?, possiamo riscrivere come:

dove

L?equazione differenziale da risolvere ? del tipo:

Le soluzioni singolari si trovano ponendo:

Tolte le soluzioni singolari si ha un?equazione a variabili separabili che pu? essere riscritta:

Integriamo entrambi i membri, gli estremi di integrazione d o fra e la condizione al contorno ? che

Otteniamo, essendo H = ><? >? 4=? > 0:

Quello di destra invece:

Risolvendo l?

Questa equazione permette di valutare in modo analitico la massima densit? di carica effettivamente presente e quindi il suo massimo effetto perturbativo sul campo elettrico.

Questa valutazione permette di:

- verificare che il campo non si annulli;

- valutare la massima accuratezza ottenibile per il valore di dose per impulso desiderato. A titolo di esempio numerico, si voglia misurare una dose per impulso pari a 40 Gy; i valori operativi per eseguire la misura sono riportati nella seguente tabella

Queste rappresentano quindi condizioni operative adeguate a misurare una dose per impulso pari a 40 Gy/p.

In modo vantaggioso, per poter utilizzare la camera a gas 10 come rivelatore della dose depositata ? fondamentale evitare il regime Geiger della camera, regime in cui si ha una generazione incontrollata della ionizzazione secondaria con la dose depositata. Diventa quindi fondamentale posizionarsi al di sotto del voltaggio di breakdown superato il quale si entra nel suddetto regime Geiger.

L?andamento del voltaggio di breakdown al variare della distanza degli elettrodi della camera 10 e della pressione del gas al suo interno ? descritto dall?andamento della curva di Paschen mostrata in figura 8: ? sempre possibile potere variare la pressione in modo da evitare tale regime.

Ad esempio, nel caso numerico sopra analizzato, con per un campo di polarizzazione V= 100V siamo largamente al di sotto del voltaggio di breakdown

Anche dopo tutte le accortezze delle sezioni precedenti, non ci ? dato sapere se il regime di funzionamento ? quello di una camera a ionizzazione (ovvero assenza di produzione di secondari) oppure del regime proporzionale. La probabilit? di generare secondari ? infatti legata all?energia acquisita all?interno della carica dagli ioni che ? proporzionale al campo elettrico (e dunque al voltaggio di polarizzazione).

Nell?operazione di regime proporzionale l?aspetto fondamentale ? la stabilit? del fattore di proporzionalit? fra la carica raccolta e la Dose depositata nella camera, questa stabilit? esiste solo quando il numero di secondari prodotti rimane pressoch? costante al variare della dose per impulso. In virt? di quanto visto, questa situazione si verifica quando il campo elettrico dovuto all?accumulo della carica ? trascurabile rispetto al campo elettrico di polarizzazione della camera E0. Praticamente va valutato il rapporto:

Che, dato e una polarizzazione V = 100V vale circa 2.5%.

Questo comunque ? un calcolo molto conservativo perch? si ? preso il valore pi? alto del campo generato dagli ioni ovvero quello al bordo: l?effetto medio di perturbazione sar? comunque pi? basso.

Sulla base di quanto detto, vantaggiosamente, la cavit? 11 della camera 10 viene riempita di gas con una pressione regolabile in funzione della massima dose per impulso che si vuole misurare (si vedano le equazioni del paragrafo precedente).

Ulteriormente, l?implementazione di tali soluzioni richiede:

- L?utilizzo di materiali per il corpo della camera 10 adatti a sostenere una pressione interna inferiore alla pressione atmosferica, ed esempio, UNA condizione di depressione fino a mbar, che permette di misurare fino a 500 Gy/impulso;

- L?utilizzo di tecniche di saldobrasatura per la realizzazione del corpo della camera in modo mantenere le depressioni di cui sopra;

- L?utilizzo di un pressostato e di una valvola a spillo per la regolazione della pressione.

Vantaggiosamente, la carica raccolta dalla camera a gas 10 ? letta tramite un opportuno elettrometro, ad esempio di tipo noto, con tensione di polarizzazione variabile tra ?400 V.

Vantaggiosamente, lo schema operativo del metodo per il controllo del trattamento radioterapico consiste nei seguenti passaggi:

A. viene fissato il massimo valore di dose per impulso (?dose-per-pulse?) che si vuole misurare, ad esempio 40 Gy/pulse;

B. Calcolo della densit? di carica per unit? di volume (Qv) generata dall?impulso all?interno della camera 10;

C. Calcolo del ovvero il valore minimo della tensione V applicata agli elettrodi 7, necessaria affinch? il campo Q non si annulli mai durante la collezione degli elettroni, evitando quindi la ricombinazione diretta di questi ultimi con gli ioni. In questo modo si evita qualsiasi tipo di ricombinazione, perch? gli ioni positivi non ricombinano (gas nobile);

D. Fissaggio di un valore di tensione V (ad esempio 100 V) per calcolare ?, densit? del gas e, di conseguenza P (pressione) in modo tale che tale che sia (la tensione sia maggiore del valore minimo della tensione V applicato agli elettrodi 7);

E. Analisi della curva di Paschen cos? realizzata, per controllare che la coppia di valori ?/V (densit?/tensione) sia in un punto della curva che garantisca di essere fuori dal regime Geiger (produzione incontrollata di ionizzazioni secondarie).

Qualora cos? non fosse, vi sarebbe una fase aggiuntiva, ad esempio E1, in cui verrebbe diminuita ? di conseguenza, scegliendo il nuovo valore di densit? in modo da uscire da tale regime.

F. inserimento della dinamica temporale degli ioni positivi e calcolo di ovvero la massima densit? di carica presente durante tutta la durata dell?impulso, che ovviamente ? minore di QV totale generata.

G. Fissaggio del massimo valore accettabile di inaccuratezza sulla misura, causata dalla perturbazione del campo elettrico su tutto il range di dose per impulso (dose-per-pulse) da indagare (?E/E).

Ad esempio, se questo valo re ? del 3%; si calcola se tale accuratezza ? raggiunta con il valore di fissato nel precedente step F; se la risposta ? affermativa, i parametri della camera 10 cos? fissati risultano ottimali, viceversa, qualora la risposta fosse negativa si diminuisce ulteriormente ? (la densit?) e si riparte dal precedente Step F. Infine, per riassumere, quanto finora detto:

1) utilizzando un gas nobile si evita la ricombinazione ionica e, assicurandosi che il campo non si annulli mai durante il collezionamento degli elettroni, si evita anche la ricombinazione ioni/elettroni

2) fissando la tensione V e diminuendo la pressione P del gas si ottiene:

2.1) sicurezza di essere al di fuori del regime incontrollato di Geiger (curva di Paschen, figura 9); 2.2) assicurarsi che il campo non si annulli mai fino a un valore di dose per impulso fissato.

Avendo fissato V e diminuito la pressione, per ottenere quanto sopra descritto, si ha come effetto un aumento parallelo della velocit? di deriva o ?drift? delle cariche con alta probabilit? di generazione di ionizzazioni secondarie. Questo significa che, con molta probabilit? non si ? pi? in regime di camera a gas nobile ma in regime proporzionale.

Per utilizzare comunque la camera riempita di gas nobile come dosimetro ? necessario assicurarsi che il regime di proporzionalit? sia costante al variare della dose per impulso nel range di nostro interesse entro un?accuratezza desiderata. Questo ? ottenuto sempre agendo sulla pressione P del gas, dato che diminuendo la pressione e aumentando la velocit? di deriva delle cariche ?drift? si genera un ?effetto svuotamento? della carica all?interno della camera 10 durante l?impulso. Vantaggiosamente, questo fa s? che la carica massima accumulata sia minore di quella generata e, di conseguenza, il suo effetto perturbativo sul campo elettrico e la produzione di ionizzazioni secondarie.

La teoria formalizza in modo analitico questi concetti e permette di, fissando il massimo dose per impulso e l?accuratezza con cui si vuole misurare, calcolare i parametri della camera 10 che soddisfano tali requisiti.

Dalla descrizione effettuata del metodo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici e il relativo dispositivo di controllo, secondo l?invenzione e secondo gli esempi illustrati in dettaglio nelle figure in allegato, sono chiari i vantaggi ottenuti.

Infine, tutti i dettagli descritti potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti; in particolare, l?invenzione cos? concepita e qui illustrata ? suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell?ambito del concetto inventivo delle rivendicazioni allegate.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo per il controllo di un trattamento radioterapico di malati oncologici, caratterizzato dal fatto di comprendere una camera (10) a gas con elettrodi (7) piani e paralleli, posti ad una determinata distanza

, una finestra (2) posta superiormente ad un elettrodo (7) e mezzi isolanti (4, 5, 6) posti inferiormente a detto elettrodo (7), detta camera (10) essendo connessa ad un collettore (8) tramite il quale un gas nobile ? inserito all?interno di una cavit? (11) di detta camera (10), in modo che il campo elettrico all?interno di detta camera (10) sia dovuto alla polarizzazione della camera (10) ed alle cariche generate dall?impulso di radiazione.

2. Dispositivo di controllo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in corrispondenza di detto collettore (8) ? presente un manometro (12) per il controllo della pressione (P) di detto gas nobile.

3. Dispositivo di controllo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in corrispondenza di detto collettore (8) ? presente un connettore triassiale (13) atto a realizzare condizioni di ultra-alto vuoto (UHV).

4. Dispositivo di controllo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta cavit? (11) della camera (10) ? riempita di gas nobile, preferibilmente Argon, con una pressione regolabile in funzione della massima dose per impulso da misurare.

5. Dispositivo di controllo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta camera a gas (10) ? realizzata con materiali atti a sostenere valori di pressione interna inferiori alla pressione atmosferica e con tecniche di saldobrasatura al fine di mantenere detti valori di pressione interna.

6. Dispositivo di controllo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere un elettrometro con tensione di polarizzazione variabile, atto a misurare la carica raccolta da detta camera a gas (10).

7. Metodo per il controllo del trattamento radioterapico di malati oncologici implementabile tramite un dispositivo di controllo come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere le seguenti fasi:

- determinazione di un valore massimo di dose per impulso da misurare;

- calcolo della densit? di carica per unit? di volume generata dall?impulso all?interno di detta camera (10); - calcolo di un valore minimo di tensione applicata a detti elettrodi (7) necessario affinch? il campo elettrico non si annulli mai durante la collezione degli elettroni;

- determinazione di un valore di tensione, al fine di calcolare la densit? e la pressione del gas nobile, in modo tale che detto valore di tensione sia maggiore del valore minimo di tensione applicato a detti elettrodi (7);

- analisi e controllo affinch? la coppia di valori di densit? e tensione siano fuori dal regime Geiger ed eventuale diminuzione del valore di densit? nel caso detta coppia di valori sia all?interno del regime Geiger, scegliendo il nuovo valore di densit? in modo da uscire da tale regime;

- inserimento della dinamica temporale degli ioni positivi e calcolo della massima densit? di carica presente durante tutta la durata dell?impulso;

- determinazione di un massimo valore accettabile di inaccuratezza sulla misura, causata dalla perturbazione del campo elettrico sull?intervallo di dose per impulso da rilevare, ed eventuale diminuzione del valore di densit? nel caso detto massimo valore sia superato.

8. Metodo di controllo come alla rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che, fissato detto valore di tensione, detta pressione del gas nobile ? diminuita al fine di essere al di fuori del regime Geiger e al fine di assicurare che il campo elettrico non si annulli mai fino a un valore di dose per impulso fissato.

9. Metodo di controllo come alla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta diminuzione della pressione ed un aumento della velocit? di deriva delle cariche generano un effetto di svuotamento della carica all?interno della camera a gas (10) durante l?impulso, in modo che la carica massima accumulata sia minore di quella generata e, di conseguenza, sia minore il suo effetto perturbativo sul campo elettrico e la produzione di ionizzazioni secondarie.