Studio e messa a punto di una tecnica innovativa per misure tridimensionali di dose assorbita in campi di radazione ionizzante
Autore
Guido Gomarasca - Università degli Studi di Milano - [1997-98]
Documenti
Abstract
La finalità della dosimetria in radioterapia è la valutazione quantitativa della dose assorbita dai tessuti, sia patologici sia sani, del paziente sottoposto al trattamento terapeutico. Tale fine viene raggiunto attraverso un insieme sinergico di valutazioni di carattere teorico e sperimentale che uniscono filosofie diverse come quella fisica e biologica.
Attualmente, per la pianificazione dei trattamenti, sono preliminarmente effettuate mappature di dose mediante piccoli dosimetri collocati in fantocci tessuto-equivalenti. In questo lavoro di tesi è stato studiato e messo a punto un metodo per misurare tridimensionalmente la dose assorbita mediante fantocci tessuto-equivalenti che agiscono essi stessi come dosimetri continui: la distribuzione spaziale della dose è ricavata attraverso un'opportuna tecnica di imaging.
Il dosimetro da noi proposto per tali scopi è costituito da una soluzione di Solfato Ferroso (componente principale del dosimetro di Fricke), incorporata in una matrice gelatinosa di Agarose. Le reazioni chimiche che seguono l'esposizione di tale gel a radiazioni ionizzanti portano all'ossidazione degli ioni ferrosi Fe2+ in ioni ferrici Fe3+. Lo yield di produzione degli ioni ferrici è proporzionale alla dose assorbita.
Gli studi dosimetrici fin qui fatti nei nostri laboratori utilizzando fantocci tessuto-equivalenti si erano basati sulla lettura della risposta, in funzione della dose assorbita, tramite Risonanza Magnetica Nucleare (RMN). Infatti la conversione degli ioni ferrosi Fe2+ in ioni ferrici Fe3+ modifica le proprietà paramagnetiche del mezzo e consente questo tipo di analisi. Nonostante i risultati ottenuti fossero molto promettenti, la sensibilità dell'analisi RMN si è dimostrata notevolmente inferiore a quella dell'analisi spettrofotometrica comunemente utilizzata con il dosimetro di Fricke standard. Inoltre, a causa della diffusione ionica all'interno del gel, si possono ottenere immagini con una buona risoluzione spaziale solo con un'analisi immediata del gel. Una strumentazione per risonanza magnetica, anche se disponibile, prevede invece tempi molto lunghi per l'acquisizione delle immagini.
L'aggiunta di un indicatore di ioni metallici (Xylenol Orange) al gel-dosimetro permette di effettuare misure spettrofotometriche nel visibile, in quanto esso forma con gli ioni Fe3+ un complesso colorato che presenta un picco di assorbimento ottico intorno ai 585 nm. A livello visivo si nota un cambiamento di colore del gel dall'arancione al viola in funzione della dose assorbita. E' stato quindi progettato un nuovo sistema telespettrofotometrico portatile costituito da una camera a CCD su cui è montata una coppia di filtri interferenziali che lasciano passare solo le componenti dello spettro centrate attorno al picco di assorbimento ottico. Al fine di ottenere distribuzioni tridimensionali di dose si utilizza un fantoccio costituito dalla sovrapposizione di diversi strati sottili di gel. Dopo l'irraggiamento del fantoccio si acquisiscono per mezzo del sistema telespettrofotometrico immagini in modalità di riflettanza o di trasmittanza dei singoli strati.
Una prima serie di misure è stata effettuata presso l'Istituto Nazionale per lo Studio e la Cura dei Tumori di Milano con uno spettrofotometro a doppio raggio con campioni di piccole dimensioni (cuvette) al fine di valutare, dalle curve di assorbimento ottico, alcuni parametri caratterizzanti il dosimetro, quali la linearità, la riproducibilità, la variazione della risposta nel tempo e l'additività della dose. E' seguita, quindi, una fase di ricerca per la messa a punto nei nostri laboratori del sistema telespettrofotometrico progettato. Le prime acquisizioni in modalità di riflettanza hanno presentato però una serie di problemi in termini di riflessioni speculari da parte dei contenitori del gel; per evitare tali inconvenienti si è definitivamente proceduto con le acquisizioni in modalità di trasmittanza. Si è quindi ottimizzato?
Attualmente, per la pianificazione dei trattamenti, sono preliminarmente effettuate mappature di dose mediante piccoli dosimetri collocati in fantocci tessuto-equivalenti. In questo lavoro di tesi è stato studiato e messo a punto un metodo per misurare tridimensionalmente la dose assorbita mediante fantocci tessuto-equivalenti che agiscono essi stessi come dosimetri continui: la distribuzione spaziale della dose è ricavata attraverso un'opportuna tecnica di imaging.
Il dosimetro da noi proposto per tali scopi è costituito da una soluzione di Solfato Ferroso (componente principale del dosimetro di Fricke), incorporata in una matrice gelatinosa di Agarose. Le reazioni chimiche che seguono l'esposizione di tale gel a radiazioni ionizzanti portano all'ossidazione degli ioni ferrosi Fe2+ in ioni ferrici Fe3+. Lo yield di produzione degli ioni ferrici è proporzionale alla dose assorbita.
Gli studi dosimetrici fin qui fatti nei nostri laboratori utilizzando fantocci tessuto-equivalenti si erano basati sulla lettura della risposta, in funzione della dose assorbita, tramite Risonanza Magnetica Nucleare (RMN). Infatti la conversione degli ioni ferrosi Fe2+ in ioni ferrici Fe3+ modifica le proprietà paramagnetiche del mezzo e consente questo tipo di analisi. Nonostante i risultati ottenuti fossero molto promettenti, la sensibilità dell'analisi RMN si è dimostrata notevolmente inferiore a quella dell'analisi spettrofotometrica comunemente utilizzata con il dosimetro di Fricke standard. Inoltre, a causa della diffusione ionica all'interno del gel, si possono ottenere immagini con una buona risoluzione spaziale solo con un'analisi immediata del gel. Una strumentazione per risonanza magnetica, anche se disponibile, prevede invece tempi molto lunghi per l'acquisizione delle immagini.
L'aggiunta di un indicatore di ioni metallici (Xylenol Orange) al gel-dosimetro permette di effettuare misure spettrofotometriche nel visibile, in quanto esso forma con gli ioni Fe3+ un complesso colorato che presenta un picco di assorbimento ottico intorno ai 585 nm. A livello visivo si nota un cambiamento di colore del gel dall'arancione al viola in funzione della dose assorbita. E' stato quindi progettato un nuovo sistema telespettrofotometrico portatile costituito da una camera a CCD su cui è montata una coppia di filtri interferenziali che lasciano passare solo le componenti dello spettro centrate attorno al picco di assorbimento ottico. Al fine di ottenere distribuzioni tridimensionali di dose si utilizza un fantoccio costituito dalla sovrapposizione di diversi strati sottili di gel. Dopo l'irraggiamento del fantoccio si acquisiscono per mezzo del sistema telespettrofotometrico immagini in modalità di riflettanza o di trasmittanza dei singoli strati.
Una prima serie di misure è stata effettuata presso l'Istituto Nazionale per lo Studio e la Cura dei Tumori di Milano con uno spettrofotometro a doppio raggio con campioni di piccole dimensioni (cuvette) al fine di valutare, dalle curve di assorbimento ottico, alcuni parametri caratterizzanti il dosimetro, quali la linearità, la riproducibilità, la variazione della risposta nel tempo e l'additività della dose. E' seguita, quindi, una fase di ricerca per la messa a punto nei nostri laboratori del sistema telespettrofotometrico progettato. Le prime acquisizioni in modalità di riflettanza hanno presentato però una serie di problemi in termini di riflessioni speculari da parte dei contenitori del gel; per evitare tali inconvenienti si è definitivamente proceduto con le acquisizioni in modalità di trasmittanza. Si è quindi ottimizzato?
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