Real Time Active Pixel Dosimeter (RAPID): Realizzazione di un sistema dosimetrico a matrice attiva per radiologia interventistica

Scopo: in questo lavoro presentiamo il progetto, approvato e finanziato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, di un dosimetro individuale a matrice attiva, con lettura in real-time e trasmissione dati con tecnologia wireless da utilizzare come dosimetro per il monitoraggio individuale durante le procedure di radiologia interventistica. Materiali e metodi: il rivelatore è costituito da un sensore in tecnologia CMOS; Sono stati analizzati sensori commerciali ed uno prodotto dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia (RAPS03), che possono funzionare sia come contatori di raggi-X che come misuratori dello spettro di energia, caratterizzati da una buona efficienza (soprattutto per energie inferiori a 40 keV) e da una buona risoluzione energetica nel caso di raccolta completa della carica (dell’ordine del 3-4%); la sensibilità ai fotoni di bassa energia, più bassa dei dosimetri attualmente in commercio (fino a 1 keV senza la finestra di ingresso), consente la misura di tale componente della radiazione, importante per la valutazione di eventuali danni all’epidermide. E’ stato utilizzato un fantoccio antropomorfo per simulare la radiazione diffusa da un paziente esposto al fascio generato da un angiografo, con setup caratteristico delle procedure standard in radiologia interventistica, sia in modalità continua che pulsata. Sono state quindi effettuate le misure della radiazione diffusa usando i sensori CMOS. Risultati: sono state usate due grandezze caratteristiche per verificare la linearità della risposta rispetto alla dose: il numero di fotoni registrati e la quantità di energia depositata. La linearità della risposta è entro il 5% ed e’ anche stata analizzata la dipendenza dall’angolo di incidenza del fascio diffuso dal fantoccio. Per quanto riguarda la capacità di contare i singoli fotoni, è stato evidenziato che l’incertezza della misura dipende essenzialmente dalla precisione statistica della distribuzione poissoniana (~ √ N ), verificando che per avere una misura precisa al 5% è necessario raccogliere almeno 500 fotoni in un singolo frame. Questo obiettivo si può’ raggiungere in due modi: - allungando i tempi di integrazione in maniera opportuna (fino a 2 secondi) - allargando la superficie sensibile del sensore (6.5 x 5.5 mm^2 ad esempio). Un ulteriore aspetto verificato è la scalabilità del numero di fotoni raccolti in funzione della distanza, che si rapporta abbastanza bene con una ipotesi di decremento con legge di tipo 1/R2. Le misure effettuate con i sensori sono inoltre state confrontate con i risultati ottenuti con dosimetri passivi (TLD) ed con un dosimetro attivo commerciale, mostrando una buona linearità della risposta del sensore con la dose così misurata. Conclusioni: E’ stata verificata la possibilità di utilizzare un sensore standard CMOS come dosimetro per il monitoraggio individuale durante le procedure di radiologia interventistica, in modalità continua e pulsata. Sono in fase di definizione un primo prototipo di sistema integrato sensore - data acquisition - trasmissione wireless, con alimentazione a pile, e le relative procedure di taratura dosimetrica.