SVILUPPO SU FPGA DI TECNICHE DI CORREZIONE DI EFFETTI D'INEFFICIENZA NEL CONTEGGIO DI SINGOLI PROTONI IN FASCI TERAPEUTICI

L'adroterapia è una terapia oncologica che impiega particelle cariche per rilasciare una dose letale al tumore, risparmiando i tessuti sani circostanti. Rispetto alla radioterapia convenzionale con fasci esterni di raggi X, l'uso di particelle cariche ha il vantaggio di rilasciare il massimo della dose in profondità nel tessuto, permettendo così di ottenere una maggiore conformazione del tessuto tumorale. Inoltre ioni più pesanti dei protoni producono una densità di ionizzazione tale da produrre un effetto biologico maggiore a parità di dose fisica. L'alta precisione ottenibile con particelle cariche è inoltre raggiungibile solo utilizzando un sofisticato sistema che garantisca che la distribuzione di dose segua le prescrizioni del piano di trattamento. Nei più avanzati sistemi di distribuzione di dose si impiegano fasci sottili che sono deviati da opportuni magneti di scansione per coprire l'area tumorale, e un sistema di rivelatori per garantire che il numero di particelle erogate in ogni punto del tumore sia quello corretto. Oggigiorno i rivelatori utilizzati per il monitoraggio del fascio sono essenzialmente camere a ionizzazione che, sebbene rappresentino una tecnologia semplice e collaudata, hanno degli svantaggi, legati in particolare ai loro tempi di risposta relativamente lunghi e alla loro sensibilità limitata. Strategie terapeutiche innovative, ad esempio per il trattamento di tumori in movimento a causa dei ritmi respiratori, beneficerebbero di rivelatori più veloci e sensibili. Sono stati sviluppati sensori a strip basati sulla tecnologia Low Gain Avalanche Diode (LGAD), caratterizzati da un meccanismo interno di amplificazione controllata del segnale. Questa tecnologia permette di costruire sensori molto sottili a cui corrispondono segnali di breve durata e, grazie al meccanismo di guadagno interno, con un rapporto segnale/rumore sufficientemente alto da separare il contributo di singole particelle dal rumore. Lo scopo dello sviluppo è realizzare dispositivi in grado di discriminare singole particelle del fascio e contarne direttamente il loro numero. Il limite di un approccio al monitoraggio del fascio basato sul conteggio dei segnali da singole particelle è legato alla probabilità che due segnali vicini nel tempo si sovrappongano e non possano essere separati. Questo effetto (pile-up), sebbene mitigato dalla segmentazione a strip dei rivelatori e dal loro piccolo spessore, limita le capacità di conteggio dei dispositivi ad alti flussi di fascio. Per i rivelatori sviluppati per MoVeIT, un'inefficienza di conteggio inferiore all'1% può essere ottenuta fino ad un flusso massimo di 108MHz/cm2. Al fine di attenuare gli effetti di inefficienza dovute al pile-up, sono stati sviluppati algoritmi di correzione basati sulla correlazione di segnali da due stripadiacenti. Questi algoritmi sono stati validati consimulazioni e test su fascio. Lo scopo di questa tesi è di implementare questi algoritmi nel sistema di acquisizione finale, basato su un'elettronica dedicata per l'amplificazione e discriminazione dei segnali e su un FPGA per l'acquisizione e conteggio degli impulsi logici in uscita dal chip.