Caratterizzazione dei rivelatori del Dose Deliveri del fascio e dei magneti di scansione del CNAO

Per adroterapia si intende la tecnica di radioterapia oncologica che utilizza le radiazioni prodotte da tutte le particelle fatte di quark. La ragione principale che giustifica l'uso terapeutico di fasci di adroni elettricamente carichi è la favorevole distribuzione di dose assorbita in profondità. Protoni e ioni penetrano nella materia rallentando ma non deviando la loro traiettoria e presentano un picco di dose stretto e alto alla fine del loro percorso, diversamente da quanto accade per i raggiX. Il picco si trova a una profondità di 25 cm in acqua sia per protoni da 200 MeV/u che per ioni carbonio da 375 MeV/u. Il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO) sarà la prima struttura sanitaria per il trattamento di tumori profondi con fasci di adroni in Italia. Questo centro sarà dedito al trattamento di tumori con protoni e ioni carbonio, e alla ricerca clinica e radiobiologica. Le infrastrutture del CNAO consistono di un sincrotrone con due sorgenti e un LINAC, tre linee di trasporto del fascio nelle camere di trattamento e un Dose Delivery per ognuna delle linee di trasporto del fascio. Il Dose Delivery (DD) del CNAO è stato progettato e costruito per avere un controllo attivo della distribuzione della dose. Il DD è costituito da due magneti di scansione e da un sistema di monitoraggio composto da cinque camere a ionizzazione a paini paralleli. Il volume tumorale è stato suddiviso nel piano di trattamento in diverse slice situate a diverse profondità nel tessuto umano. Ogni slice è a sua volta suddivisa in tanti spot che sono le unità minime del trattamento. Per raggiungere queste slice alla giusta profondità, l'energia del fascio deve essere cambiata. Il sistema preposto a sincronizzare il complesso, e quindi in grado di riconoscere la fine di ogni slice è il DD. Infatti il DD monitora il fascio in tempo reale, avendo a disposizione le informazioni relative all'evoluzione del trattamento. Le misure di fluenza del fascio vengono effettuate, per ragioni di sicurezza, da due camere integrali indipendenti, che forniscono un segnale proporzionale alla dose erogata e che vengono regolarmente calibrati. L'uniformità su tutta l'area sensibile della distanza tra anodo e catodo è di cruciale importanza, in quanto ogni disomogeneità influisce nella determinazione del guadagno. È stato quindi necessario definire il guadagno delle camere integrali in funzione del punto di incidenza del fascio. La posizione del fascio viene controllata impostando opportunamente diversi valori di corrente sui due magneti di scansione, che deviano la traiettoria del fascio in orizzontale e verticale. La posizione di ogni spot deve essere convertita in un valore di corrente da fornire ad ognuno dei magneti di scansione. La posizione del fascio e la corrente dipendono dal tipo di particella e dalla sua energia, o più in generale dalla rigidità magnetica del fascio. Con una serie di misure a diversi valori di energia cinetica del fascio di protoni, è stata determinata una parametrizzazione della relazione tra la posizione del fascio, sul piano dell'isocentro, e il valore di corrente che occorre imposta nel sistema di scansione. Dall'analisi delle prestazioni del DD risulta che mentre la precisione della fluenza ottenuta rientra nei parametri richiesti (< 5%), per quanto riguarda la posizione del fascio si ottiene un errore di circa 2 mm, che richiede un'ulteriore indagine per cercare di ridurlo investigando la possibilità di ottimizzare il feedback del DD