Projekti / Programi
Razvoj sistema za sprotno merjenje doz v radioterapijah
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.09 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
Medicinska fizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B140 |
Biomedicinske vede |
Klinična fizika, radiologija, tomografija, medicinska instrumentacija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.06 |
Tehniške in tehnološke vede |
Zdravstveni inženiring |
sprotna dozimetrija, radioterapija, diamantni detektorji, RadFET, brahiterapija
Raziskovalci (10)
Organizacije (3)
Povzetek
V predstavljenem projektu želimo razviti tehnologije, ki skupaj vodijo do razvoja eno ali dvo dimenzinalnih senzorskih polj primernih za sprotna merjenja doze v medicinskih aplikacijah, predvsem radioterapijah. Osnova takšnih dozimetrijskih polj predstavljata dva tipa polprevodniških senzorjev: ionizacijskih detektorjev iz sintetičnih monokristalnih dimanatov in tranzistorjev p-MOSFET (RadFET). Oba tipa se razlikujeta skoraj vseh pomembnih parametrih: lastnostih kristala, vrstno število, mehanizmu zaznavanja sevanja, geometrijskih lastnostih in načinu branja, zato predstavljata komplementarno izbiro.
Dozimetri bodo postavljeni na tanka fleksibilna tiskana vezja ()= 50 mm) z minimalnim razmakom med linijami 100 mm. Poleg majhnega vpliva samih vezij na meritev doze pri obsevanjih z žarki X in g (dose enhancment), bo tako mogoče načrtovati različne vzorce razporeditev senzorjev ob majhnih dimenzijah vezij (velika gostota senzorjev).
Kot primer takšnega dozimetra za sprotno merjenje doze bomo razvili linearno senzorsko polje (dozimeter) s prečnimi dimenzijami (2 mm, kar približno ustreza debelini katetra za obsevanja v HDR/PDR brahiterapiji (HDR/PDF visoka/pulzna dozna hitrosti), kjer obsevalna naprava vodi visoko aktivni vir 192Ir po katetrih vstavljenih v tumur. Takšen dozimeter bo sestavljajo iz reda velikosti 10 senzorjev (velikosti ~mm3) v dolžini okoli 10 cm. Vstavljen v tumor bi omogočal sprotno branje doze v poznanih točkah tumorja in s tem bistveno pripomogel k kvaliteti terapije: preverbo obsevalnega načrta z dejansko terapijo, sprotno popravljanje doznega načrta, oceno škode na rakastem in zdravem tkivu. Čeprav je osnovni namen čimnatančnejša meritev doze v posameznih točkah tumorja ali zdravega tkiva, je mogoče z dovolj občutljvimi senzorji (občutljivosti od 10-4-10-3 Gy) iz meritev doznih hitrosti v posameznih senzorjih sklepati tudi na položaj vira v brahiterapiji med njegovim premikanjem po katetrih. Tako znatno pripomoremo h kvaliteti/varnosti terapije.
Ena od glavnih nalog v projektu bo zato izdelava večkanalne (~2x10 kanalov) bralne elektronike za oba tipa senzorjev, ki bo omogočala branje na sekundni časovni skali. Bralna elektronika bo povezana z osebnim računalnikom, ki bo skrbel za nadzor bralne elektronike in prikaz meritev.
Ves razvoj dozimetra bo podprt s simulacijo tipa Monte-Carlo, ki bo ključnega pomena za razumevanje meritev in kalibracijo naprave. Programska orodja bodo zasnovana modularno, kar bo pomembeno pri načrtovanju dozimetrov in njihovih aplikacij v prihodnje.
Senzorji in dozimetri bodo podrobno testirani tako v sistemu za karakterizacijo senzorjev z elektroni iz izvira 90Sr in žarki-X kot tudi v fantomu s terapevtskim virom.
Pomen za razvoj znanosti
Znanstveno je projekt pomemben na več področjih. Na področju razvoja detektorjev je gotovo pomembno odkritje pomnoževanja naboja v diamantnem detektorju, ki je prvo takšno opažanje. Zelo pomembna je tudi meritev specifične ionizacije v diamantu po preletu elektronov iz vira 90Sr. Pomembne se meritve občutljivosti različnih senzorjev RadFET pri različnih energijah žarkov gama posebno pri uporabi v neznanih sevalnih poljih, kot npr. v jederskih aplikacijah. Prav tako pomembna je določitev temperaturne odvisnosti in popuščanje odziva senzorjev RadFET. Na področju razvoja bralne elektronike sta pomembna oba bralca, večkanalno hkratno merjenje toka z ločljivostjo pA in večkanalno pulzno merjenje detektorjev RadFET, ki omogočata uporabo v kompleksnih sistemih in vsebujeta več rešitev, ki jih večina komercialnih naprav nima.
Pomen za razvoj Slovenije
Projekt je pomemben za Slovenijo zaradi izboljšanjih metod uporabe senzorjev sevanja v medicini in jedrski tehniki. Z znanjem pridobljenim na projektu smo sposobni sestaviti in testirati kompleksne dozimetrijske sisteme. Sama znanja imajo tudi komerciano vrednost, saj je pravica uporabe in trženja bralcev senzorjev prenesena na podjetje Particulars d.o.o. Gotovo najpomembnejši dosežek bi bila klinična uporaba senzorskih polj med obsevanji v onkologiji, kar bi zmanjšalo možnost napak in omogočilo uspešnejše terapije. V ta namen smo v projektu potrdili ustreznost diamantnih senzorjev in senzorjev RadFET s pripadajočima bralnima sistemoma za uporabo v radioterapijah. Preverili in razvili smo tudi simulacijska orodja s katerimi je moč neodvisno preveriti dozne porazdelitve v načrtih radioterapij s komercialnimi programi. Pomemben je prenos znanja na mlajše (magistrske naloge). Kot del predmeta Fizikalni eksperimenti bo na Fakulteti za Matematiko in Fiziko bo postavljen demonstracijski sistem, ki bo služil za spoznavanje študentov z dozimetrijskimi merjenji.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
