Studio di fattibilità di una camera a ionizzazione per applicazioni in Adroterapia con fascio guidato da Risonanza Magnetica.

Particle therapy represents an established clinical approach for treat- ing tumors, leveraging the advantageous Bragg peak in depth-dependent energy deposition of hadrons. This feature enables precise delivery of radiation doses to tumor cells. To guarantee this, high accuracy in mon- itoring and controlling the particle beam is of the utmost importance. Parallel plate ionization chambers are the gold standard for real-time monitoring of charged particles during clinical applications. The integration of particle therapy with on-bed MR imaging has the potential to bring particle therapy to a new level of precision. However, MRI-guided ion beam therapy pose additional challenges for the beam monitoring system, such as tolerance of magnetic fields and acoustic noise vibrations. This study presents a feasibility study of a gas ionization chamber ca- pable of monitoring the particle beam under Magnetic Resonance is reported. The objective is to optimize the development of an ionization chamber specifically conceived for MR guided particle therapy at the Heidelberger Ionenstrahl Therapiezentrum. Two types of detectors are analyzed: a prototype and a commercial detector, both developed by DE.TEC.TOR. Srl. This work investigates the effects of acoustic noise on ionization cham- ber electrodes and radiofrequency noise on the front-end electronics. Specifically, the study examines their impact on pedestal counts and the detectors response to particle beams. Furthermore, a specific study of a segmented sensor ionization chamber exposed to MR fields is reported, aimed at rising the expertise toward a new beam profile and position detection product, for MR-guided PT. From the analysis of this study, design solutions have emerged for the development of a detector aimed at monitoring particle beams under MRI conditions.

L' adroterapia rappresenta un approccio clinico consolidato per il trattamento dei tumori. L'adroterapia sfrutta il caratteristico picco di Bragg della perdita di energia delle particelle cariche in un mezzo. Questa caratteristica consente un rilascio preciso della dose nella posizione del tumore. Per garantire ciò è fondamentale un'elevata precisione nel monitoraggio e nel controllo del fascio di particelle. Le camere a ionizzazione a facce piane parallele sono il gold standard per il monitoraggio in tempo reale delle particelle cariche durante le applicazioni cliniche. L'integrazione dell' imagine a risonanza magnetica (MRI) in un trattamento di adroterpia ha il potenziale di raggiungere una maggiore precisione nel trattamento dei tumori. Tuttavia, l'adroterapia con fascio guidato da Risonanza Magnetica pone sfide aggiuntive per il sistema di monitoraggio del fascio, come la tolleranza ai campi magnetici e alle vibrazioni acustiche delle camere a ionizzazione. Questo studio presenta uno studio di fattibilità di una camera a ionizzazione a gas in grado di monitorare il fascio di particelle sotto risonanza magnetica. L'obiettivo è ottimizzare lo sviluppo di una camera a ionizzazione specificamente progettata per l'adroterapia con fascio guidato da MRI presso il Heidelberger Ionenstrahl Therapiezentrum. Sono stati analizzati due tipi di rivelatori: un prototipo, oppurtunamente progettato, e un rivelatore commerciale, entrambi sviluppati da DE.TEC.TOR. Srl. Questo lavoro approfondisce gli effetti del rumore acustico sugli elettrodi della camera a ionizzazione e della radiofrequenza sull'elettronica di front-end. In particolare, lo studio esamina l'impatto della risonanza magnetica sui conteggio dei piedistalli e sul monitoraggio dei fasci di particelle. Inoltre, viene riportato uno studio specifico di una camera a ionizzazione a sensori segmentati esposta ai campi MRI, mirato a migliorare l'esperienza per nuovi sviluppi di un rivelatore del profilo e della posizione del fascio per adroterapia con fascio guidato da MRI. Dalle analisi di questo studio sono emerse soluzioni di design per la produzione di un rivelatore per il monitoraggio del fascio di particelle sotto MRI.