CNAO Cavità

Il bersaglio utilizzato per questo irraggiamento è stato un fantoccio di PMMA di 5 x 5 x 7 mm3 _{con una cavità d'aria cilindrica profonda 1 cm e di raggio 0,5 cm posta}

a 2 cm dalla faccia esposta al fascio, una rappresentazione del setup sperimentale è riportata in gura 4.15. Il punto di ingresso del fascio non è stato fatto corrispondere al centro del fantoccio, e quindi al centro del cerchio di base della cavità, ma si può localizzare sul bordo di esso, pertanto anche nella simulazione è stato spostato il punto di irraggiamento in (5;0) mm. In questo modo si ottiene nella stessa immagine, usando un solo pencil, una diversa profondità di penetrazione nel fantoccio raggiunta dai protoni che sono in numero suciente da fornire un segnale chiaro.

Come detto in precedenza, confrontando questa acquisizione con il caso CNAO 92,3 è possibile valutare la capacità del rivelatore di distinguere le alterazioni presenti all'interno del bersaglio. La gura 4.16 mostra, infatti, che il sistema è in grado di rivelare piccole modiche della composizione del fantoccio: la linea rossa rappresenta la ricostruzione del MC (MC-Reco) di CNAO 92,3, ossia è il prolo atteso nel caso in cui il fantoccio di PMMA sia omogeneo, mentre la linea blu mostra quello ottenuto per CNAO Cavità in cui il fantoccio ha una cavità d'aria all'interno, entrambe queste curve sono costruite scegliendo la stessa ROI ellittica con semiassi maggiore e minore, rispettivamente, di 40 e 10 mm. Si osservano variazioni signicative tra la curva dei dati sperimentali e quella corrispondente al MC, sia nella parte centrale, in cui c'è una depressione non prevista, sia nella parte distale, che presenta una attività eccessiva, tutto ciò indica un'alterazione nella composizione interna del bersaglio. Per ottenere un prolo che evidenzi meglio la discontinuità presente è necessario modicare la ROI utilizzata: riducendo progressivamente le dimensioni dei semiassi (ma lasciando invariato il rapporto tra il maggiore e il minore) inizialmente a 20 e 5 mm e poi a 12 e 3 mm, ottenendo, rispettivamente, le curve verde e nera con cui è ben evidente la cavità. Le diverse ROI sono riportate in gura 4.17. Di fatto tale procedimento è quello che si userebbe nella pratica clinica: non si conosce a priori la presenza di

Figura 4.16: Proli ottenuti per i dati sperimentali relativi ad un fantoccio con una cavità cilindrica (CNAO Cavità) con le diverse ROI mostrate in gura 4.17 con- frontati con la ricostruzione del MC del caso CNAO 92,3 ossia il risultato atteso per un fantoccio omogeneo (curva rossa).

alterazioni nel bersaglio che si suppone però noto e l'obiettivo desiderato è che il sistema di monitoraggio usato sia in grado di rilevare anche le piccole perturbazioni nella composizione interna.

Come per l'analisi dei due casi CNAO 2 Spots (I e II), anche per quella di CNAO Cavità è stato necessario modicare la regione in cui considerare le annichilazioni registrate nell'output del MC riducendo la zona di interesse al cilindro, di raggio 0,5 cm e alto i 7 cm del fantoccio, in corrispondenza della cavità, gura 4.18, si nota inoltre l'asimmetria dell'irraggiamento rispetto alla cavità. Nuovamente, la diversa simmetria delle forme delle ROI, utilizzate per la creazione del prolo, è motivata dall'isotropia intrinseca, lungo gli assi x e y, della simulazione MC, che permette l'utilizzo di una circonferenza, e dalla dierente risoluzione spaziale del sistema nelle due direzioni, che rende preferibile la scelta di un'ellissi.

Il confronto tra le diverse curve è mostrato in gura 4.19. In essa si riportano due curve MC-Truth ottenute sia contando le annichilazioni prodotte in tutto il fantoccio (linea verde) che restringendo la ROI al solo cilindro sopraindicato contenente la cavità (linea rossa). Si nota chiaramente il diverso peso degli eventi sia nella parte distale del prolo che nella sezione spessa 1 cm in corrispondenza della cavità.

E' importante porre l'attenzione sul fatto che la cavità non solo è chiaramente individuata da una depressione della curva, il cui livello è quasi lo stesso sia per i dati sperimentali che per quelli simulati, ma anche la sua larghezza è correttamente identicata, senza necessità di eseguire un t ma dalla lettura diretta dei punti del prolo si può valutare che la sua profondità è 10 mm, a cui si attribuisce un errore di 1 pixel delle immagini ricostruite che corrisponde a 1 mm.

I valori del ∆W50 ottenuti dal t dei diversi proli sono raccolti in tabella 4.3.

Ancora una volta l'accordo tra dati reali e simulati, con una dierenza massima di circa 1 mm, si può giudicare più che positivo. Confrontando tali valori con quelli riportati in precedenza in tabella 4.1 a pagina 48 relativi al caso CNAO 92,3, si ottiene correttamente una dierenza di 1 cm circa che corrisponde proprio alla dimensione

4.3. CNAO - FANTOCCI NON OMOGENEI 61

(a) a = 4 cm b = 1 cm, fronte. (b) a = 4 cm b = 1 cm, lato.

(c) a = 2 cm b = 0,5 cm, fronte. (d) a = 2 cm b = 0,5 cm, lato.

(e) a = 1,2 cm b = 0,3 cm, fronte. (f) a = 1,2 cm b = 0,3 cm, lato.

Figura 4.17: ROI utilizzate nelle immagini ricostruite dei dati reali del caso CNAO Cavità per creare proli che meglio evidenzino l'alterazione all'interno del fantoccio: nel caso specico si tratta di una cavità cilindrica con raggio 0,5 cm e alta 1 cm.

Tabella 4.3: Valori del ∆W50 (in cm) dei proli ricostruiti e del MC per il caso CNAO

Cavità (* indica che è stata considerata una particolare ROI del MC ).

MC-Truth∗ _{MC-Reco Dati}

Figura 4.18: ROI cilindrica, di raggio 0,5 cm e altezza 7 cm, utilizzata nella simulazione MC per determinare la curva MC-Truth per il caso CNAO Cavità. Si nota l'asimmetria dell'irraggiamento rispetto alla cavità.

Figura 4.19: CNAO Cavità: confronto tra i proli in z dell'attività, prodotta in seguito al- l'irraggiamento con protoni da 92,3 MeV di un fantoccio di PMMA di 5 x 5 x 7 mm3_{con una cavità cilindrica di raggio 0,5 cm e altezza 1 cm, per l'acquisizione}

sperimentale (Data) e per la ricostruzione del MC (MC-Reco), entrambi ot- tenuti con una ROI ellittica con semiassi maggiore e minore, rispettivamente, di 12 e 3 mm. Le linee segmentate indicano gli istogrammi 1D delle posizioni di annichilazione direttamente registrate dalla simulazione (MC-Truth), per cui sono indicati anche gli errori statistici di ogni bin, considerando sia l'intero fantoccio (linea verde) che solo la regione cilindrica in corrispondenza della cavità (linea rossa).

4.3. CNAO - FANTOCCI NON OMOGENEI 63

(a) Vista frontale. (b) Vista laterale (sezione a x=0).

Figura 4.20: Riproduzione del setup sperimentale per l'acquisizione del caso CNAO Eterogeneo. Il cerchio rosso indica il punto di ingresso del fascio.

longitudinale della cavità, la cui presenza provoca uno spostamento della parte distale del prolo.