Author(s): Castelhano, Inês Lourenço
Date: 2014
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/15670
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Câmara de Compton; Terapia com hadrões; Gama-prompt; Reconstrução da posição; Monitorização do alcance; Teses de mestrado - 2014
Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2014
A terapia com hadrões já provou ser uma opção eficiente de tratamento para tumores, devido à forte queda da dose distal, a mais importante das propriedades do pico de Bragg. No entanto, é necessária uma verificação precisa do alcance do feixe, de forma a localizar de forma exacta a queda distal da dose. A detecção de fotões gama-prompt é uma técnica promissora baseada na detecção de fotões emitidos imediatamente após a interação do feixe de hadrões com os tecidos-alvo. O uso desta técnica de monitorização foi sugerido depois de se ter provado existir uma correlação entre os gama-prompt e a queda distal da dose para feixes de hadrões. A câmara de Compton fornece informação para a reconstrução da posição de emissão destes fotões, que é obtida a partir da informação espacial e energética proveniente dos fotões e dos electrões que sofreram dispersão de Compton. A limitação cinemática introduzida pelo conhecimento simultâneo das características do fotão e do electrão dispersos de Compton restringe a posição original do fotão incidente a uma zona contida num arco de círculo, aumentando assim a eficiência da reconstrução da posição original. A câmara de Compton apresentada consiste num detector de cintilação de LaBr3(Ce) para a medição da energia do fotão disperso, combinado com um conjunto de 6 detectores de dispersão do tipo DSSSD, lidos por uma placa ASIC. Neste projecto, foi realizada uma calibração em energia do detector de LaBr3, tendo-se obtido uma resolução em energia de 2.9% para energias superiores a 1.173 MeV. Foram também realizadas várias tentativas de medições da resolução espacial que se revelaram inconclusivas. Finalmente, a câmara de Compton foi usada em duas experiências no acelerador Tandem de Garching, associada a uma electrónica com 256 canais para leitura do PMT do LaBr3, através da qual foram obtidos vários espectros gama-prompt.
Hadron therapy has been established as an effective treatment option for tumors, due to the sharp distal falloff, the most important of the Bragg peak properties. However, very accurate particle beam range verification is needed, in order to locate the dose falloff. Prompt gamma imaging is a promising technique based on the detection of promptly emitted photons after the interaction of the incident hadron beam particles and target human tissues. Since the correlation of the prompt gamma emission peaks with the distal falloff was established for hadrons, the use of prompt gamma imaging for therapy monitoring was suggested. The Compton camera provides information to reconstruct the source position of these prompt photons, by using spatial and energetic information from photons and Compton-scattered electrons. Applying the Compton kinematics, one can restrict the source position to an arc segment, thus increasing the source position reconstruction efficiency. The Compton camera described here consists of a LaBr3(Ce) scintillation crystal as absorber detector, combined with an array of 6 DSSSD (Double-Sided Silicon Strip Detector) as scatter detectors, read out by a ASIC-based readout board. In this project, an optimum energy calibration was performed for the LaBr3 detector, where a relative energy resolution of 2.9%was achieved for E>1.173 MeV. Several spatial resolution measurements were performed, although further investigation needs to be done in terms of spatial resolution. The full setup of the Compton camera was used in two Tandem accelerator experiments, associated to a 256-channel readout electronics for the PMT (from LaBr3) readout. Several prompt ray energy spectra were obtained, where high-energy
