• adroterapia
• PET
• elettronica front-end
• TPS

La tomografia ad emissione di positroni (PET) è un'indagine medico-nucleare
basata sulla rivelazione dei fotoni da 511 keV in coincidenza che si originano
dall'annichilazione del positrone, emesso nel decadimento di radioisotopi, con
un elettrone del mezzo circostante. L'utilizzo prevalente di questa tecnica
diagnostica è in ambito oncologico dove viene impiegata per l'analisi della
stadiazione tumorale e dell'effetto di trattamenti antineoplastici.
Recenti studi hanno dimostrato, inoltre, la possibilità di utilizzare la PET
per il monitoraggio della dose rilasciata in una determinata regione del corpo
durante un irraggiamento di adroterapia. Tra il fascio di adroni ed i nuclei
presenti nei tessuti avvengono, infatti, delle reazioni anelastiche che portano
alla produzione di isotopi beta+ emittenti, la cui distribuzione è rivelabile con
un tomografo PET.
Presso l'INFN di Pisa è in fase di sviluppo un prototipo di sistema
PET per controlli di qualità del trattamento terapeutico con fasci di adroni,
disponibili grazie ad una collaborazione con i Laboratori Nazionali del Sud
di Catania.
Questo lavoro di tesi si è posto come scopo la progettazione e la
caratterizzazione di una nuova elettronica ''front-end'', per la lettura dei
segnali in uscita dai rivelatori impiegati, ciascuno composto da un fototubo
sensibile alla posizione accoppiato otticamente ad una matrice di cristallo
scintillatore (LYSO:Ce).
L'elettronica implementata in una prima versione del sistema PET è
stata modificata tenendo presenti alcuni obiettivi specifici. Tra questi, particolare
attenzione viene rivolta alla riduzione del tempo morto, al miglioramento
delle proprietà di timing e della risoluzione energetica del sistema di
acquisizione.
Una prima fase del lavoro ha riguardato lo svolgimento delle simulazioni
PSpice della nuova elettronica al fine di valutare il corretto funzionamento
sia del circuito che processa i segnali di posizione, sia del discriminatore a
frazione costante (CFD) che elabora l'impulso proveniente dall'ultimo dinodo
del fototubo e fornisce in uscita il segnale di trigger.
Il discriminatore è la parte del dispositivo su cui maggiormente si è focalizzata
l'attenzione. Le simulazioni sono state effettuate con lo scopo
di verificare, con impulsi ideali, le prestazioni della nuova elettronica e di
eseguire un confronto con quelle della versione precedente. Nel progetto
è stata prevista, inoltre, la possibilità di utilizzare il discriminatore in
configurazione leading edge. Anche in questo caso, simulando il circuito, è
stato possibile valutare le proprietà di timing e il tempo morto del dispositivo
rispetto al CFD proposto.
In una seconda fase, successiva alla realizzazione del nuovo circuito, sono
stati eseguiti test sperimentali al fine di confrontare l'elettronica ''frontend''
sviluppata in questa tesi con quella implementata nella prima versione
del sistema PET; i dati ottenuti hanno permesso di verificare l'effettivo
raggiungimento degli obiettivi posti alla base del nuovo progetto. Sono state
valutate anche alcune proprietà di imaging del dispositivo acquisendo immagini
in coincidenza dei pixel del cristallo scintillatore illuminato con una
sorgente beta+. Un'ulteriore caratterizzazione dell'elettronica che implementa il
nuovo CFD, infine, ha permesso di eseguire il confronto con il discriminatore
in configurazione leading edge.