ITUB20150648A1 - Apparato per la calibrazione di fasci di particelle cariche, in particolare protoni o ioni, emessi da sistemi per radioterapia esterna e corrispondente procedimento di calibrazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Apparato per la calibrazione di fasci di particelle cariche, in particolare protoni o ioni, emessi da sistemi per radioterapia esterna e corrispondente procedimento di calibrazione"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo tecnico

La presente descrizione si riferisce a un apparato per la calibrazione di fasci di particelle cariche per radioterapia esterna, in particolare protoni, ioni carbonio e altre specie di ioni, emessi da acceleratori di particelle, comprendente almeno un sensore con camere di ionizzazione multistrato, che comprende una pluralit? di canali sensori, ciascun canale comprendendo una camera di ionizzazione compresa fra un anodo e un catodo, detto strato di catodo avendo uno spessore maggiore dello strato di anodo tale da permettergli di operare da strato assorbitore

Sfondo tecnologico

Nel campo della radioterapia esterna con particelle cariche, l?adroterapia, che utilizza protoni e ioni, ? una delle terapie pi? avanzate, offrendo profondit? di penetrazione finita, bassa deposizione di energia all'ingresso e marcato fall-off, o decadimento distale della distribuzione di dose. Tuttavia alcuni dei suoi benefici possono diventare un rischio per il paziente a causa delle incertezze durante la somministrazione del trattamento. E' quindi di fondamentale importanza calibrare regolarmente l'energia e controllare la dimensione di spot, posizione e intensit? dei fasci di particelle da somministrare prima delle sessioni di trattamento del paziente.

Ci? viene tipicamente eseguito tramite procedure di Quality Assurance, molto onerose in termini di tempo, che vengono eseguite quotidianamente nelle cliniche attrezzate per mezzo di diversi dispositivi e strumenti relativi a ciascun parametro da verificare. Ci? determina costi elevati per le cliniche in termini di equipaggiamento, personale e tempo da dedicare alle attivit? di quality assurance.

L?interazione di fasci di protoni e ioni con il tessuto umano (composto principalmente da acqua) permette di convogliare la maggior parte della dose ad una precisa profondit?, seguendo l?andamento del cosiddetto picco di Bragg. In questo modo si riesce ad aumentare la precisione sul target, limitando la dose ai tessuti sani. Inoltre, il decadimento distale e laterale di un fascio di protoni o ioni ? notevolmente migliore della penombra laterale di un fascio di fotoni, permettendo un rapido decadimento del dosaggio vicino a strutture critiche adiacenti. Come conseguenza l'energia totale depositata in un paziente per una data dose target ? inferiore rispetto ai trattamenti convenzionali tramite fotoni. Tuttavia, il picco di Bragg per un fascio di protoni e ioni a singola energia ? cos? stretto che soltanto un intervallo ristretto di profondit? pu? essere trattato con una dose molto alta. Per ampliare l'intervallo di profondit? di trattamento e fornire una dose uniforme al tumore, viene creato un picco di Bragg ?allargato? (Spread Out Bragg Peak, SOBP), come insieme di picchi puri inviati a una profondit? decrescente (variando l?energia delle particelle) e con dose ridotta per ottenere la modulazione desiderata. In figura 10 ? mostrata la dose DO da fasci di protoni non modulati (picco di Bragg puro BP) e modulati (picco spread out SOBP). Sono anche mostrati gli insiemi SP di picchi, la cui ampiezza ? pesata. In figura 10 ? anche indicato l?intervallo EI di deposizione dell?energia del picco spread out.

Poich? protoni e ioni depositano la loro dose di energia in un volume relativamente piccolo, corrispondente all?intervallo EI, ? fondamentale verificare correttamente la posizione dell?intervallo EI di deposizione del fascio di particelle prima del trattamento dei pazienti. La calibrazione dello strumento (dimensione, forma e intensit? del fascio di particelle) e la verifica delle curve profondit?-dose vengono eseguiti durante le cosiddette procedure di Quality Assurance (QA).

Allo stato dell?arte ? noto impiegare a questo scopo piccole camere di ionizzazione o diodi che si muovono attraverso fantocci fatti di materiali tessuto-equivalenti (ad esempio acqua o perspex). In tale ambito, ? stato suggerito l'utilizzo di camere di ionizzazione multistrato (Multi Layer Ionization Chamber, MLIC) al fine di accelerare le procedure di controllo qualit? in strutture cliniche.

Il principio che sovrintende all?uso di tali apparati ? la possibilit? di misurare la carica depositata su ciascuno degli anodi (o catodi) dei diversi strati del dispositivo, mentre il fascio di particelle passa attraverso una pila di assorbitori calibrati acquaequivalenti. Questo permette la valutazione istantanea della distribuzione profondit?-dose del fascio (sia fascio monoenergetico che picchi di Bragg spread out), in virt? della contemporanea lettura di tutte le camere di ionizzazione che compongono il dispositivo MLIC. La struttura tipica di un MLIC ? mostrato in Figura 1.

In figura 1 ? mostrato a questo proposito un sensore MLIC 10, che comprende una pluralit? di strutture di sensore, o canali, 20, in figura 1 201?20N, comprendenti coppie 151?15N di anodo 11-catodo 12, separati da una camera di ionizzazione 14, ossia uno spazio che individua la regione di ionizzazione, e seguite da uno strato assorbitore 13.

Il numero totale di canali identifica il range massimo di energia delle particelle che pu? venire misurato, mentre i materiali e gli spessori fisici di ciascun canale determinano lo spessore acqua equivalente del sensore MLIC 10.

In generale, ? previsto di utilizzare gli strati assorbitori per determinare la perdita di energia dei protoni, mentre la perdita di energia agli strati di anodo e catodo metallici e sottili ? di solito molto inferiore o trascurabile.

Sono noti sensori MLIC in cui la camera a ionizzazione (o il canale di lettura) si ottiene distanziando tra loro (di una distanza definita che corrisponde al gap di ionizzazione) sensori in cui un lato avr? funzione di anodo (per il sensore precedente) e il lato opposto avr? funzione di catodo (per il sensore successivo), separati da uno strato isolante, e in cui uno o tutti gli strati del sensore (o canale) avranno anche funzione di assorbitore.

Poich? in generale l?assorbimento ? dato dalla somma di tutti gli spessori attraversati, quindi dalla somma degli spessori di anodo, supporto isolante, catodo, per facilitare il calcolo dell?acqua equivalenza e per , si cercare di evitare che il fascio perda energia in materiali diversi, si trova preferibile avere ad esempio uno degli strati ad uno spessore calibrato e gli altri a spessori trascurabili. Si noti che si parla qui di spessori, ma ? chiaro che in termini di capacit? di assorbimento dell?energia gli spessori degli strati sono direttamente confrontabili solo per uno stesso materiale o per una stessa densit?. Diversamente ? necessario tenere conto della densit?.

Nel caso di figura 1 si pu? pensare dunque di usare uno strato assorbitore 14 con uno spessore tale da comportare un assorbimento di energia che rende trascurabili gli assorbimenti degli altri strati del canale nel computo dell?acqua-equivalenza (ad esempio il contributo degli altri strati pu? essere minore o uguale dell?1% dell?assorbimento totale del canale). Il catodo 12 e l?anodo 11 hanno spessori trascurabili, dell?ordine dei micrometri.

Sono tuttavia anche noti dispositivi in cui si ha una struttura multistrato di catodo e anodo, ossia il catodo e l?anodo sono associati insieme in una struttura compatta, in cui ? il catodo stesso ad avere uno spessore tale da determinare l?assorbimento di energia del canale, ossia avere perdita di energia significativa solo sul catodo. A titolo di esempio sono noti sensori MLIC descritti in Lin, S. et al., (2009). ?A multilayer ionization chamber for proton beam Bragg peak curve measurements?, proceedings of the International Conference of the Particle Therapy CoOperative Group (PTCOG), Heidelberg con una struttura multistrato catodo-isolante-anodo, dove il catodo ? in alluminio, con spessore di 1 mm, lo strato isolante ? in mylar spesso 100 micrometri, e l?anodo ? in rame, spesso 0.1 ?m.

Tale ultima tipologia di sensore che presenta l?integrazione di un anodo sottile e un catodo pi? spesso separati da uno strato isolante sottile presenta tuttavia problemi di rumore di fondo nel dispositivo.

Scopo e sintesi

Le forme di attuazione qui descritte hanno lo scopo di migliorare gli apparati e procedimenti secondo la tecnica nota come discussi in precedenza.

Varie forme di attuazione raggiungono tale scopo grazie ad una apparato avente le caratteristiche richiamate nelle rivendicazioni che seguono.

Le rivendicazioni formano una parte integrale degli insegnamenti tecnici qui somministrati in relazione all'invenzione.

Breve descrizione delle figure

Varie forme di attuazione saranno ora descritte, a puro titolo di esempio, con riferimento alle figure annesse, in cui:

- le figure 1 e 10 sono gi? state descritte in precedenza;

- la figura 2 mostra un s configurazione d?uso dell?apparato di calibrazione descritto;

- la figura 3 mostra quattro viste, due prospettiche e due laterali, dell?apparato di calibrazione descritto; - le figure 4, 5, 6 mostrano viste prospettiche esplose di dettagli dell?apparato di calibrazione descritto;

- la figura 7 mostra in vista laterale una struttura impiegata da un sensore multistrato qui descritto;

- la figura 8 mostra in vista laterale un sensore multistrato che impiega le strutture di figura 7;

- la figura 9 mostra una vista in pianta di un elemento del sensore multistrato di figura 8.

Descrizione dettagliata

Nella descrizione che segue vengono forniti numerosi dettagli specifici al fine di consentire la massima comprensione delle forme di attuazione esemplificative. Le forme di attuazione possono essere messe in pratica con o senza dettagli specifici, oppure con altri procedimenti, componenti, materiali, etc. In altre circostanze, strutture materiali od operazioni ben noti non sono mostrati o descritti in dettaglio per evitare di mettere in ombra aspetti delle forme di attuazione. Il riferimento nel corso di questa descrizione ad "una forma di attuazione" significa che una particolare peculiarit?, struttura o caratteristica descritta in connessione con la forma di attuazione ? compresa in almeno una forma di attuazione. Dunque, il ricorrere della frase "in una forma di attuazione" in vari punti nel corso di questa descrizione non ? necessariamente riferito alla stessa forma di attuazione. Inoltre, le particolari peculiarit?, strutture o caratteristiche possono essere combinate in un qualunque modo conveniente in una o pi? forme di attuazione.

Le intestazioni ed i riferimenti sono qui forniti solo per convenienza del lettore e non definiscono la portata od il significato delle forme di attuazione.

A questo riguardo, in figura 2 ? mostrato un acceleratore 1000 suscettibile di generare un fascio di protoni o ioni 1300 convogliato attraverso un tunnel 1100 e una bocca di uscita 1200 in direzione di una regione spaziale P, nella figura rappresentata come cilindrica di lunghezza pari all?intervallo EI di deposizione dell?energia del picco spread out, anche se in generale potr? assumere anche altre forme. Tale regione spaziale P si localizza ad esempio al di sopra di un lettino di terapia 1400 sopra il quale pu? essere posizionato un paziente da trattare. In corrispondenza della regione spaziale P ? posizionato, per scopi di taratura, un apparato per la calibrazione di fasci di particelle cariche 100, in modo tale che il fascio di protoni o ioni 1300 passi attraverso dei sensori MLIC 20 che compongono tale apparato per la calibrazione 100. Tale apparato 100 ? modulare, ossia comprende una pluralit? di moduli sensori allineati.

In figura 2 si pu? osservare come l? apparato per la calibrazione 100 MLIC modulare comprenda un involucro esterno 110, di forma sostanzialmente parallelepipeda, che comprende al suo interno elementi modulari 120, comprendenti ciascuno un sensore MLIC 10, o un altro tipo di sensore, e un telaio di supporto di tale sensore.

L?apparato per la calibrazione 100 permette la valutazione istantanea delle caratteristiche del fascio terapeutico di protoni 1300, o ioni, lungo le direzioni X, Y e Z, dove Z corrisponde alla direzione lungo la quale si valuta la profondit? D. In questo modo l?apparato per la calibrazione 100, sostituisce i molteplici strumenti utilizzati in precedenza e riduce il tempo necessario per la calibrazione e i protocolli di Quality Assurance.

La figura 3 mostra in generale in quattro viste schematiche, due viste prospettiche e due viste laterali, l?apparato per la calibrazione 100 di tipo modulare, che comprende uno stack, o pila orizzontale, 115 di elementi modulari 120, comprendenti telai 130 ciascuno adatto a supportare ad esempio un sensore MLIC 10, includente almeno una camera di ionizzazione, sicch? nel suo complesso lo stack di elementi modulari 120 individua un apparato sensore MLIC con uno stack di camere di ionizzazione adatto alla valutazione della curva profondit?-dose del fascio di protoni o ioni 1300 per differenti energie e modulazioni a seconda del numero di elementi modulari 120. Lo stack 115 di elementi modulari 120 ? tuttavia anche adatto a inserire, tramite i telai 130, camere di ionizzazione di diverso tipo, quali camere di tipo strip e/o pixel, che provvedono informazione addizionale sul profilo bidimensionale, posizione e forma, del fascio di protoni o ioni 1300, durante il medesimo ciclo di misura, in virt? della lettura simultanea di tutte le camere di ionizzazione comprese nell?apparato di calibrazione 100.

Ciascun elemento modulare 120 indipendente, associato a un telaio 130, comprende preferibilmente otto canali sensori 20 e pu? essere facilmente sostituito in caso di guasto di uno dei propri sensori senza necessit? di intervenire sugli altri elementi modulari 130, riducendo in questo modo il tempo di fuori servizio dell?apparato di calibrazione 100.

Essendo modulare, l?apparato descritto pu? essere configurato secondo le richieste e risorse del centro clinico in termini di massima energia del fascio disponibile e facilmente aggiornato o modificato, se necessario. In questo modo, ad esempio, un centro dotato solo di una sala di trattamento oculare (energia massima di 60-70 MeV) richiederebbe solo 32 canali (cio? quattro elementi modulari 120), mentre un centro pediatrico (energia massima 160 MeV) richiederebbe solo 80 canali (ossia dieci elementi modulari 120). Ci? riduce ulteriormente i costi totali per gli strumenti QA.

In figura 4 ? mostrato tramite una vista schematica esplosa il dettaglio degli elementi modulari 120, che comprendono, come accennato, un telaio 130, ad esempio in alluminio.

Tale telaio 130 comprende una prima struttura di telaio esterno 131 di forma sostanzialmente a ?C? aperta superiormente, ossia presentante una traversa inferiore 131a da cui estremi si dipartono due montanti 131b verticali. Le estremit? superiori di tali montanti 131b sono ripiegate verso l?esterno a individuare due sedi 131c per l?appoggio di una copertura 117, che, come mostrato nel seguito, chiude in guisa di traversa superiore il telaio esterno 131. All?interno di tale telaio esterno 131 con forma a C, pi? grande, ? posto, supportato da bracci orizzontali 133 e a 45 gradi 134. che si estendono dalla prima struttura di telaio 131, rispettivamente dalla parte superiore e inferiore dei montati 131b , una seconda struttura 132 di telaio interno, con forma a C di dimensione pi? piccola rispetto al telaio esterno 131, comprendente una rispettiva traversa inferiore 132a e montanti 132b. Tale telaio interno 132 ? destinato al supporto del sensore, in particolare del sensore 10. Tale sensore 10 ? supportato in un telaio di fissaggio 135, in particolare di vetronite, con dimensioni adatte a inserirsi nella seconda struttura di telaio 132.

Come si pu? vedere in figura 4, oltre allo stack 115 di un numero N di elementi modulari 120 che equipaggiano ad esempio un sensore 10, secondo una forma preferita di realizzazione ? previsto di aggiungere allo stack 115, preferibilmente dal lato di uscita del fascio 1300, almeno un ulteriore elemento modulare 120?, che si compone di un telaio 130, che equipaggia tuttavia in questo caso un sensore 30 a camera di ionizzazione di tipo strip (o alternativamente di tipo pixel), che provvede informazione addizionale sul profilo bidimensionale, posizione e forma, del fascio 1300. Ci? rende possibile ottenere simultaneamente informazioni in tutte e tre le direzioni X, Y, Z.

In figura 4 si possono anche vedere quattro spine di allineamento 140, che vengono inserite in fori passanti 141 sui montanti del telaio di fissaggio 135 per allineare i telai 130 in uno stack.

In figura 5 ? mostrato in dettaglio in vista esplosa il telaio di fissaggio 135, che supporta al suo interno il sensore 10. Come si pu? osservare, tale telaio di fissaggio 135 ha anch?esso forma a C, comprendente una traversa inferiore 135a e due montanti 135b che si dipartono verticalmente da tale traversa 135a. Le dimensioni di tale traversa 135a e montanti 135b sono tali da permettere l?inserimento nella regione interna della seconda struttura 132, come meglio dettagliato pi? avanti. Il telaio 135 ? diviso lungo un piano parallelo al piano principale del telaio (verticale nel disegno, lungo l?asse Y secondo quanto indicato in figura 2) in due semitelai eguali, anteriore 135f e posteriore 135p. Come mostrato in figura 5, il primo semitelaio anteriore 135f e il secondo semitelaio posteriore 135p comprendono fra di loro lo stack di otto canali 20, di forma rettangolare, separati fra loro da rispettive distanziali 20?, ossia da cornici rettangolari di vetronite che poggiano lungo il perimetro dei canali 20. I montanti del primo semitelaio 135f e del secondo semitelaio 135p recano fori filettati 135d, in particolare due per montante nei quali si inseriscono viti 135c per serrare il primo semitelaio al secondo semitelaio, bloccando a pacco lo stack di canali 20 e distanziali 20?. Come mostrato in figura 5, i canali 20 hanno forma sostanzialmente quadrata e dal lato aperto del telaio 135 tali canali 20 presentano una linguetta 136 di anodo a sbalzo in direzione verticale (asse Y secondo quanto indicato in figura 2) che reca una pista metallica di contatto con un anello di guardia del sensore, per permettere di prelevare il segnale dal canale 20. In ogni gruppo di quattro canali 20 le linguette 136 sono in posizioni sfalsate lungo l?asse orizzontale (asse X secondo quanto indicato in figura 2) per permettere un pi? facile accesso. Sempre sullo stesso lato del sensore 20 ? presente un?ulteriore linguetta 136? a sbalzo in direzione verticale di catodo, anch?essa in posizioni sfalsate lungo l?asse orizzontale.

In figura 6 ? mostrato il sensore 10 con il telaio di fissaggio 135 serrato tramite le viti 135c nei fori 135d. Come si pu? osservare i montanti dei due semitelai 135p e 135f accoppiati individuano sul loro lato esterno una scanalatura 135e verticale atta a scorrere in una corrispondente guida 132e sul lato interno dei montanti 132b del telaio interno 132. In questo modo il sensore 10 pu? essere inserito scorrendo lungo le guide 132e nel telaio 132. La guida 132e opera quindi da elemento di trattenimento una volta che il sensore 10 ? inserito nella struttura di telaio interno 132, rispetto in particolare a sforzi lungo l?asse Z. Come mostrato in figura 6, il telaio 130 ? associato a una guarnizione 131?, che sostanzialmente riproduce la sagoma del telaio esterno 131 e che viene fissata a tale telaio esterno 131 tramite spine d?allineamento 137 inserite in fori 138 e 138? praticati in posizioni corrispondenti sul telaio esterno 131 e sulla guarnizione 131?. In figura 6 ? anche mostrata una staffa di fissaggio/estrazione 139 che viene fissata tramite viti sulla parte superiore del sensore 10 nel telaio di fissaggio 135, e comprende linguette 139a che possono essere afferrate per inserire ed estrarre il sensore 10 nel telaio 130.

Dunque, l?apparato di calibrazione 100 permette la calibrazione di fasci di particelle cariche ad esempio tramite le seguenti operazioni:

provvedere in detto apparato 100 una pluralit? di sensori con camere di ionizzazione multistrato 10 e almeno un sensore 30 a camera di ionizzazione suscettibile di provvedere informazione sul profilo bidimensionale del fascio di particelle cariche 1300,

acquisire informazioni da detti sensori con camere di ionizzazione multistrato 10 e almeno un sensore 30 a camera di ionizzazione suscettibile di provvedere informazione sul profilo bidimensionale del fascio di particelle cariche 1300 in un medesimo ciclo di misura per eseguire contemporaneamente le calibrazioni di intervallo, che di posizione, dimensione e intensit? del fascio di particelle cariche 1300.

L?apparato di calibrazione 100 mostrato nelle figure da 2 a 6, come visto, in generale presenta una struttura modulare configurata per supportare una pluralit? di sensori MLIC 10. Tale apparato di calibrazione 100 pu? tuttavia egualmente supportare dei sensori MLIC 210 secondo l?invenzione, che vengono descritti qui nel seguito.

In figura 7 ? mostrata una struttura multistrato 240 impiegata da un sensore 210 secondo l?invenzione.

Tale struttura multistrato comprende sostanzialmente tre strati:

- uno strato di anodo 211 avente un primo spessore; - uno strato di catodo 212 avente un secondo spessore maggiore di detto primo spessore, detto spessore essendo tale da permettere allo strato di catodo 212 da definire sostanzialmente l?assorbimento di energia di un canale o di una camera di ionizzazione. Come detto, la differenza di spessore dev?essere tale da permettere di calcolare l?acquaequivalenza del canale o camera di ionizzazione solo in base allo spessore del catodo, commettendo un errore accettabile, ad esempio minore o uguale dell?1%. A titolo di ulteriore esempio, definito lo spessore dell?anodo pari o inferiore a 20 ?m, uno spessore del catodo pari o superiore a 500 ?m (rapporto di spessori maggiore uguale di 40 a 1 fra catodo e anodo dello stesso materiale) permette di calibrare il sensore in acqua equivalenza al valore desiderato, potendo essere considerato, in prima approssimazione, l?elemento significativo ove il fascio di particelle perde maggiormente energia; - uno strato di guardia 216 connesso a una tensione di riferimento VR.

Tale strato di guardia 216 ? interposto fra lo strato di catodo 212 e lo strato di anodo 211.

La figura 7 dettaglia altri aspetti costruttivi della struttura multistrato 240. Lo strato di anodo 211 metallico, preferibilmente di alluminio, ? applicato su uno strato di materiale isolante, in particolare kapton, 211a. A sua volta lo strato di guardia 216 ? associato a uno strato di materiale isolante, in particolare kapton 216a. In generale l?associazione fra gli strati metallici 211, 216 e gli strati di kapton 211a, 216a pu? avvenire tramite ad esempio per evaporazione dello strato di alluminio sul kapton.

Lo strato di anodo 211- kapton 211a, lo strato di guardia 216-kapton 216a e lo strato di catodo 212, che preferibilmente non ? associato ad altri strati, in particolare strati di materiale isolante, sono assemblati assieme tramite tecniche di per s? note al tecnico del settore, ad esempio attraverso incollaggi.

In figura 6 ? mostrata una forma realizzativa di sensore 210 secondo l?invenzione.

Tale sensore 210 comprende una sequenza di N strutture multistrato 2401?240N, fra le quali sono definite delle camere di ionizzazione 2141?214N. L?indice da 1 a N ? crescente nel senso della direzione dell?avanzamento del fascio di protoni o ioni 1300. Ciascuna di tali N strutture multistrato 240 presenta lo strato di catodo 212 connesso a una alta tensione HV, ad esempio di -200 V, mentre lo strato di guardia 216 ? connesso a una tensione di riferimento VR. Sullo strato di anodo 211 viene prelevato il segnale di misura S in uscita per valutare l?energia del fascio di particelle su un dato canale 220. Ciascun i-esimo canale 220i relativo a una camera di ionizzazione 214i risulta definito fra il catodo 212i-1 della struttura 240i-1, che costituisce lo strato anteriore (detto anche top layer) del canale 220i, e l?anodo 211i della struttura 240i, che costituisce lo strato posteriore (detto anche bottom layer) del canale 220i che genera un segnale di misura Si. Come si pu? vedere, il sensore 210 comprende una ulteriore struttura multistrato 2400 all?inizio della sequenza, il cui anodo 2110 ? connesso a un potenziale di massa GND (mentre guardia 2160 e catodo 2120 sono connessi ai rispettivi potenziali di riferimento VR e alta tensione HV). Allo stesso modo l?ultimo catodo 212N ? connesso al potenziale di massa GND per chiudere il circuito.

Nell?esempio descritto la tensione di riferimento VR ? di 2,05V, mentre l?alta tensione HV ?, come accennato, di 200V. Si noti che la tensione di riferimento VR corrispondente in generale nella circuiteria elettronica di lettura di un determinato canale 220i, alla tensione di riferimento che viene fornita a uno degli ingressi di un amplificatore operazionale di transconduttanza, che riceve sull?altro ingresso il segnale di misura Si (corrente) Tale amplificatore, che ? posto all?ingresso dell?elettronica di lettura del canale, sostanzialmente integra la corrente d?ingresso del segnale di misura Si fornendo una tensione che sale o scende a seconda del segno della corrente d?ingresso.

La tensione di riferimento VR, trovandosi allo stesso potenziale del canale di lettura (anodo o bottom layer), fa si che eventuali cariche non direttamente generate dalla ionizzazione, ma ad esempio generate dalla differenza di potenziale presente tra il top layer e il bottom layer, siano raccolte dagli strati di guardia, senza essere trasmesse al bottom layer, che quindi raccoglie prevalentemente le sole cariche prodotte dalla ionizzazione del gas attraversato dal fascio di particelle cariche.

Ci? permette in particolare di sormontare i problemi di rumore che derivano da una struttura multistrato in cui un catodo molto spesso ? separato da un isolante sottile da un anodo a sua volta sottile, determinandosi correnti di perdita fra lo strato anteriore (o top layer) e lo strato posteriore (o bottom layer).

Gli spessori degli strati nell?esempio descritto sono i seguenti:

strato di catodo 212: 1 mm;

strato di anodo 211: 10 ?m;

strato di guardia 216: 10 ?m;

strati di materiale isolante 211a, 216a 25?m.

Dunque si ha in questo caso un rapporto di 100 a 1 fra spessore di catodo e anodo, ambedue in alluminio.

L?introduzione dello strato di guardia 216 alla tensione di riferimento VR permette di ridurre la corrente di perdita fra lo strato anteriore, di solito, ma non necessariamente, il catodo, e lo strato posteriore, di solito l?anodo. In questo modo viene ridotto il rumore di fondo del dispositivo sensore.

Come abbiamo visto, con riferimento ad esempio a figura 5, il numero N di camere di ionizzazione pu? essere pari a 8.

In figura 7 ? mostrato uno strato di anodo 211 in vista in pianta. Come si pu? apprezzare dalla figura tale strato di anodo 211 ha forma sostanzialmente quadrata. Anche gli strati di catodo 212 e di guardia hanno forma sostanzialmente corrispondente. E? peraltro da notare che gli strati possono avere forme diverse, ad esempio circolari, purch? comprendano al loro interno una zona, l?area sensibile 211s, che raccoglie le cariche prodotte dalla ionizzazione del volume di gas attraversato dal fascio di protoni o ioni 1300.

Sullo strato di anodo 211 l?area sensibile 211s ? delimitata sul proprio perimetro da un anello di guardia 211g il cui scopo ? di impedire che vengano raccolte cariche dall?area sensibile non provenienti dalla ionizzazione del volume di gas attraversato dal fascio di particelle cariche; attraverso un foro 211o, avente un diametro nell?esempio di 2mm, l?anello di guardia ? connesso allo strato di guardia 216, in modo tale da avere i due elementi alla stessa tensione di riferimento VR. Lo strato di anodo 211 comprende inoltre un pad di saldatura 211t per connettere il cavo per il segnale di misura S. Tale pad di saldatura 211t ha sostanzialmente la stessa funzione della linguetta 136 di anodo nel sensore 10. Il segnale di misura S viene quindi portato tramite un cavo all?apposita elettronica di lettura, o read-out dei canali. Qui il segnale verr? elaborato e poi gestito esternamente al sensore 210.

Dunque, da quanto descritto risulta chiara la soluzione descritta e i relativi vantaggi.

L?apparato secondo l?invenzione vantaggiosamente comprende un sensore MLIC che permette di definire facilmente una sequenza di canali tramite una struttura multistrato compatta e facilmente assemblabile che assomma funzioni di anodo, catodo e assorbitore, nonch? una funzione di guardia che riduce la corrente di perdita fra strati anteriori e posteriori, risultando in una decrescita sostanziale del rumore di fondo.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i dettagli e le forme di attuazione possono variare, anche in modo rilevante, rispetto a quanto qui descritto a puro titolo di esempio, senza discostarsi dall'ambito di protezione. Tale ambito di protezione ? definito dalle rivendicazioni annesse.

L?apparato e procedimento descritti sono diretti preferibilmente all?impiego nella calibrazione di fasci di particelle cariche rappresentate da protoni, ma possono essere impiegati anche nella calibrazione di fasci di particelle cariche rappresentate da ioni carbonio o altri tipi di ioni o particelle cariche che presentino la caratteristica di convogliare la maggior parte della dose ad una precisa profondit?, seguendo l?andamento del picco di Bragg.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per la calibrazione di fasci di particelle cariche (1300), in particolare protoni o ioni, emessi da sistemi per radioterapia esterna con particelle cariche, comprendente almeno un sensore comprendente camere di ionizzazione multistrato (10; 210), che comprende una pluralit? di canali sensori (20; 220), ciascun canale (20; 220) comprendendo una camera di ionizzazione (14; 214) compresa fra uno strato di anodo (11; 211) e un catodo (12; 212), detto strato di catodo (12; 212) avendo uno spessore maggiore dello strato di anodo (11; 211) tale da permettergli di operare da strato assorbitore caratterizzato dal fatto che detto sensore (10; 210) comprende una pluralit? di strutture multistrato (240), separate da camere di ionizzazione (214), comprendenti lo strato di anodo (211), uno strato di guardia (216) e lo strato di catodo (212).
2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in detto sensore (210) ciascuna camera di ionizzazione (214) ? individuata fra il catodo (212i-1) di una struttura multistrato (240i-1) e l?anodo (211i)della struttura multistrato adiacente (240i).
3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti strati di anodo (211), di guardia (216) e catodo (212) sono strati metallici, in particolare di alluminio.
4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto strato di anodo (211) e detto strato di guardia (216) sono associati a strati di materiale isolante (211a, 216a), in particolare kapton.
5. 5. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto strato di anodo (211a) comprende un anello di guardia periferico (211g).
6. 6. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto strato di guardia (216) e detto anello di guardia periferico (211g) sono connessi a una tensione di riferimento (VR), detto catodo a un?alta tensione (HV), in particolare negativa, e su detto anodo (211) ? connesso a una circuiteria elettronica di lettura dei canali per prelevare il segnale di misura (S).
7. 7. Apparato secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto apparato (100) comprende una pluralit? di elementi modulari (120) comprendenti ciascuno un telaio di supporto (130) individuante una sede (132) configurata per ospitare un sensore con camere di ionizzazione multistrato (210) o un sensore (30) a camera di ionizzazione suscettibile di provvedere informazione sul profilo bidimensionale del fascio di particelle cariche (1300), detti elementi modulari (120) essendo configurati per essere assemblati a formare una pila (115) lungo la direzione (Z) della propagazione del fascio di particelle cariche (1300), allineando dette sedi (132) lungo la direzione di detto fascio di particelle cariche (1300).
8. 8. Procedimento per la calibrazione di fasci di particelle cariche (1300), in particolare protoni o ioni, emessi da sistemi per radioterapia esterna, impiegante un apparato di calibrazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7.
9. 9. Procedimento per la calibrazione di fasci di particelle cariche secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto di connettere detto strato di guardia (216) e detto anello di guardia periferico (211g) a una tensione di riferimento (VR), connettere detto catodo (212) a un?alta tensione (HV), in particolare negativa, e connettere detto anodo (211) a una circuiteria elettronica di lettura dei canali per prelevare il segnale di misura (S).
10. 10. Procedimento per la calibrazione di fasci di particelle cariche secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto di provvedere in detto apparato (100) una pluralit? (N) di sensori con camere di ionizzazione multistrato (210) e almeno un sensore (30) a camera di ionizzazione suscettibile di provvedere informazione sul profilo bidimensionale del fascio di particelle cariche (1300), acquisire informazioni da detti sensori con camere di ionizzazione multistrato (210) e almeno un sensore (30) a camera di ionizzazione suscettibile di provvedere informazione sul profilo bidimensionale del fascio di particelle cariche (1300) in un medesimo ciclo di misura per eseguire contemporaneamente le calibrazioni di intervallo, di posizione, dimensione e intensit? del fascio di particelle cariche (1300).