In questo capitolo sono riportate le misure relative alla caratterizzazione dosimetrica delle lastre radiocromiche GafChromic MD-55-2. In particolare oltre alla descrizione del sistema densitometrico utilizzato, sono riportate informazioni relative: alla uniformità della risposta delle GafChromic MD-55-2, alla dipendenza della densità ottica, dalla temperatura, dall’energia, dal tempo trascorso dall’irraggiamento e dalla dose per impulso.

L’incertezza globale associata alla misura dosimetrica eseguita con lastre GafChromic MD-55-2 è stata stimata essere compresa entro il 2,7% (1s).

Le lastre radiocromiche utilizzate in questo lavoro sono del tipo GafChromic MD-55-2 (ISP Technologies Inc.; LOT #38055), caratterizzate da un valore di densità ottica, ‘optical density’ (OD) (si definisce densità ottica, 'optical density, OD, o assorbanza, il logaritmo del rapporto tra intensità della radiazione incidente, I0, ed intensità della radiazione trasmessa, I: OD= log (I0/I)), di fondo, o velo, OD ~ 0,1, circa 2 volte inferiore rispetto ai modelli precedenti.

Le lastre GafChromic MD-55-2 sono fornite in fogli di superficie 12,5x12,5 cm², con spessore nominale di 278 mm. La struttura, stratificata, delle lastre GafChromic MD-55-2, è rappresentata in Tab.III [7].

I due strati sensibili sono costituiti da un gel di leucociti (amino-trifenilmetano) ciascuno di spessore nominale pari a 15 mm rivestito in ambo i lati da una base di poliestere.

La lastra GafChromic MD-55-2 si presenta trasparente e incolore prima dell’irraggiamento, mentre dopo l’esposizione alle radiazioni assume una colorazione blu di intensità proporzionale alla dose assorbita. Il cambiamento di colore della pellicola avviene senza necessità di alcun processo di sviluppo, essendo il risultato di un processo di stato solido innescato dalle radiazioni, che trasforma monomeri in polimeri colorati.

L’assenza di trattamento chimico, la scarsa sensibilità alla luce e la protezione dello strato sensibile della lastra, permettono di utilizzare detti film direttamente in fantoccio d’acqua. Ciò permette rispetto ai tradizionali film X-Omat, di migliorare l’accuratezza dosimetrica.

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La risoluzione spaziale ottenibile con questo tipo di film è molto alta , circa 2000 linee per mm [8] , ma a causa del metodo di distribuzione del materiale sensibile , non ancora del tutto perfezionato , la risposta dei vari punti della lastra risulta fortemente disomogenea permettendo una risoluzione massima di 250 mm [7].

Un’ altra caratteristica importante di questo rivelatore è la buona indipendenza della OD dal rateo medio di dose, come risulta da numerosi studi eseguiti su questo argomento [7]. In figura 5 è riportata la risposta delle lastre MD-55-2 all’irraggiamento con radiazione gamma di ⁶⁰Co a differenti dosi e a differenti ratei di dose [7].

Fig.5 Risposta delle lastre MD-55-2 all’irraggiamento con radiazione gamma di ⁶⁰Co a differenti dosi e a differenti ratei di dose [7].

Le lastre GafChromic MD-55-2 pur non essendo sensibili alla luce bianca lo sono agli ultravioletti. Tale sensibilità è comunque trascurabile per la brevi esposizioni che si verificano tra una misura e l’altra .

In figura 6 sono riportati, per diversi valori di dose, i grafici dell’ assorbanza, OD, delle lastre GafChromic MD-55-2, in funzione della lunghezza d’onda della sorgente luminosa impiegata per la misura. Tale grafico presenta due massimi di cui uno molto pronunciato in corrispondenza della lunghezza d’onda l= 670 nm. Ciò comporta una dipendenza dei valori delle letture di OD dalla lunghezza d’onda della sorgente luminosa impiegata.

Fig.6 Andamenti dei valori di OD delle lastre GafChromic MD-55-2, irraggiate con diversi valori di dose, in funzione della lunghezza d’onda della sorgente luminosa utilizzata per la misura [7].

Un limite delle lastre GafChromic MD-55-2 è rappresentato dal basso valore della OD alle radiazioni. Per tale motivi è necessario utilizzare valori di dose elevati (3÷100 Gy) al fine di migliorare la riproducibilità della risposta (per risposta si intende il rapporto tra il segnale del rivelatore (OD) e la dose) .

Infine, come sarà messo in evidenza in seguito nel paragrafo 2.9, la dipendenza della OD risulta essere non lineare in funzione della dose assorbita.

Il microdensitometro utilizzato per le misure di OD delle GafChromic MD-55-2 è un modello CCD 100 prodotto dalla PeC (Photoelectron corporation). Tale strumento misura la OD di un film radiografico mediante l’acquisizione dell’ immagine con un dispositivo a telecamera . Il sistema di acquisizione è costituito da una telecamera , che può scorrere su un banco ottico verticale (in modo da variare la distanza della CCD dalla lastra) , e da una finestra rettangolare di dimensioni 12x10 cm² illuminata con luce monocromatica. Il tutto è contenuto in un armadietto allo scopo di schermare la luce esterna.

La sorgente luminosa è costituita da 60 LED disposti in modo da avere un’ illuminazione uniforme della finestra. I LED , al Gallio-Alluminio-Arsenico , hanno uno spettro di emissione di 665 nm quasi coincidente con il picco di massima assorbanza delle lastre GafChromic MD-55-2. La stabilità dell’illuminazione è mantenuta misurando la luce emessa dai LED con un fotodiodo al silicio . Il segnale del fotodiodo è poi confrontato con un segnale di riferimento .

In figura 7 sono riportati i valori della risoluzione spaziale e delle dimensioni dell’immagine digitale, entrambi in funzione della distanza tra telecamera e finestra di acquisizione. L’immagine è acquisita su una matrice rettangolare (x;y) di 375x242 pixel e sia le dimensioni che la risoluzione spaziale lungo la direzione y sono minori di quelle lungo la direzione x .

Si può infine notare che allontanando la telecamera dalla finestra di acquisizione aumentano le dimensioni dell’ immagine ma la risoluzione spaziale diminuisce diminuendo il numero di pixel per unità di superficie .

I segnali acquisiti dal CCD vengono digitalizzati mediante un ‘camera controller’ dedicato a 16-bit. Tramite un’ interfaccia seriale RS 232 i segnali digitali sono inviati ad un computer esterno dove è possibile memorizzare ed elaborare l’immagine acquisita .

L’acquisizione dell’immagine avviene in due tempi: prima viene acquisita un’immagine che, ad obiettivo della telecamera chiuso, registra le cariche residue nei pixel; poi viene acquisita l’immagine vera e propria a cui è sottratta l’ immagine precedente .

Per avere un’ immagine in OD occorre in primo luogo acquisire un immagine del piano di lettura, corrispondente al valore di intensità luminosa I₀ e poi acquisire la immagine della lastra di cui si vuol determinare la OD, corrispondente al valore di intensità luminosa I . La densità ottica viene calcolata pixel per pixel secondo la già citata relazione :

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Per avere la possibilità di eseguire un confronto pixel per pixel tra due immagini di una stessa lastra ( necessario per il metodo del ‘doppio irraggiamento’ che verrà esposto in seguito ) è indispensabile riprodurre ogni volta con accuratezza la posizione della lastra sul piano di lettura . Infatti la divisione in pixel della lastra è legata alla posizione di quest’ ultima sul piano di lettura , spostando la lastra potrebbe accadere che una zona , prima corrispondente ad un unico pixel , venga divisa tra diversi pixel adiacenti rendendo così impossibile il confronto tra le due immagini . Stimato che l’ incertezza del riposizionamento della lastra sul piano luminoso è dell’ ordine di 50 mm, sono state scelte le dimensioni del pixel di 0,33x0,39 mm² per una distanza della telecamera dal piano di acquisizione di 43 cm . In tal modo , nel riposizionare le lastrine , il possibile spostamento dell’area a cui viene fatto corrispondere il singolo pixel non influenza in modo significativo il valore di OD assegnato al pixel stesso . Nella scelta delle dimensioni del pixel si è tenuto conto anche del grado di disomogeneità della pellicola , che come si è detto non consente una risoluzione spaziale maggiore di 250 mm .

Per lo studio dell’ omogeneità della risposta della lastra GafChromic si è utilizzata una lastra di dimensioni 12,5x12,5 cm², sottoposta a due irraggiamenti successivi, ciascuno con una dose di 23 Gy. Gli irraggiamenti sono stati eseguiti con fasci di elettroni di energia nominale pari a 6 MeV con un campo di dimensioni pari a 20x20 cm² alla DSS = 100 cm.

La lastra era posta in un fantoccio di perspex con il centro sull’ asse del fascio alla DSS ad una profondità di riferimento , d_r , in perspex, pari a 1,3 cm.

La disomogeneità dosimetrica del campo quadrato è stata stimata essere 0,5 % nella zona di superficie 12,5x12,5 cm² corrispondente alle dimensioni della lastra.

Le letture della lastra sono state effettuate alla temperatura di 15± 0,5 °C, con il microdensitometro CCD100 camera (PeC), a partire dal giorno del primo irraggiamento.

Al fine di ottenere la migliore riproducibilità delle misure di OD , è stato creato un sistema di reperi sul piano di lettura del microdensitometro in modo da poter posizionare le lastre sempre nella stessa posizione . sono stati poi disegnati dei punti direttamente sulle lastre per poter acquisire sempre le stesse scansioni lineari .

In figura 8 sono riportati , a titolo di esempio , i valori di OD relativi a 330 pixel lungo una scansione della lastra irraggiata nelle suddette condizioni. I valori delle OD riportate in figura 8 sono rispettivamente quelli del velo della lastra, delle OD₁ , delle OD₂, e delle OD2 corrette (OD_2c) mediante il metodo del ‘doppio irraggiamento’ esposto nel paragrafo successivo (§ 2.4), dove le OD₂ e le OD_2c sono ottenute esponendo la lastra al secondo irraggiamento .

Indicando con D(OD) lo scarto percentuale delle OD ottenuto lungo la scansione: 

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dove OD_max , OD_min e <OD> sono rispettivamente il valore massimo , il valore minimo e il valor medio della densità ottica misurata sulla scansione. Dalla figura 8 si può osservare che D(OD₁) e D(OD₂ ) risultano uguali a circa 8%. Tale valore di omogeneità è risultato essere significativo per tutta la superficie della lastra .

Riferendoci a quanto detto nel §2.3, riguardo il livello di disomogeneità delle pellicole GafChromic MD-55-2, pari a circa 8%, al fine di ridurre l’effetto che detta disomogeneità potrebbe avere sulla riproducibilità delle misure di OD, è stato impiegato il metodo del doppio irraggiamento, sviluppato da Zhu et al [9].

Prima dell’impiego della lastra, ogni film viene irraggiato con una dose uniforme compresa tra 10 Gy e 40 Gy. Dopo un intervallo di tempo (compreso tra 48 ore e 96 ore) il film viene letto e mediante la distribuzione risultante di densità ottica, OD₁(i,j), si determina una matrice di correzione per la risposta, pixel per pixel, i cui elementi sono i fattori correttivi f(i,j), per ogni singolo pixel di coordinate (i,j), definiti come:

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dove <OD₁> è il valore medio dei valori di OD₁(i,j) ottenuti per tutti i pixel della pellicola sottoposta all’ irraggiamento preliminare.

Dopo un intervallo di tempo (variabile da poche ore ad alcune settimane) dalla prima lettura, la lastra pre-irraggiata viene nuovamente irraggiata con la dose da determinare.

Trascorso un intervallo di tempo dal secondo irraggiamento (compreso tra 48 ore e 108 ore) la densità ottica , OD₂ (i, j), di ogni pixel della lastra viene letta e successivamente corretta mediante l’ espressione: 

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e viene denominata, per maggiore chiarezza, OD_2c(i,j).

Dalla figura 8 si può osservare che i valori medi di OD₂ e di OD_2c ottenuti su una scansione della lastra, non sono significativamente diversi, mentre il valore di D(OD_2c) risulta ridotto a meno di 4% _. Ricordando che l’obiettivo è quello di ottenere da una unica lastra un numero di lastrine che forniscano un’ elevata riproducibilità della misura di OD, si sono individuate , su una porzione di dimensioni 12x10 cm² della lastra analizzata nel paragrafo precedente, 30 sezioni di 60x50 pixel corrispondenti a lastrine di dimensioni 2x2 cm² . La tabella IV riassume i risultati relativi alle letture di OD di dette sezioni.

Nella seconda, terza e quarta colonna di tabella IV sono riportati rispettivamente i valori medi di ciascuna delle 30 sezioni in cui è divisa la lastra: OD₁, OD₂ e OD_2c. Detti valori medi sono ottenuti mediando i valori di densità ottica, OD(i,j) di tutti i pixel contenuti in ogni singola sezione .

Il fattore f(i,j) è stato calcolato utilizzando il valore medio <OD₁> ottenuto per tutti i pixel dell’ intera porzione di lastra di dimensioni 12x10 cm² .

Nelle ultime due righe della tabella sono riportate le medie , <OD₁> , <OD₂> e <OD_2c>, rispettivamente dei valori di OD₁, OD₂ e OD_2c e le relative deviazioni standard percentuali, s% . I valori delle deviazioni standard percentuali, s%, sono risultati rispettivamente uguali a ± 1,5% , ± 1,5% e ± 0,3%.

La procedura di correzione qui riportata, che fa uso di un doppio irraggiamento permette quindi di ottenere una riproducibilità delle <OD_2c> di 0,3% (1s) a fronte dell’1,5% ottenuto con un unico irraggiamento .

La dipendenza dei valori di OD dalla temperatura è stata studiata eseguendo misure di OD a temperature comprese tra 14 °C e 27 °C , su:

1. una lastra GafChromic di dimensioni 12x10 cm² irraggiata con una dose di 46 Gy;
2. 5 elementi di film, di dimensioni 2x2 cm² irraggiati con dosi comprese tra 5 Gy e 35 Gy.

In entrambi i casi i film sono stati irraggiati omogeneamente con un fascio di elettroni di energia nominale pari a 6 MeV.

Per i film, aventi differente dimensione, la misura di OD è stata ottenuta come media su zone rispettivamente di dimensioni 12x10 cm² e 1,5x1,5 cm². Un termometro digitale ad elevata prontezza ha fornito i valori della temperatura di lettura.

In figura 9 sono riportati i valori di OD della lastra intera in funzione della temperatura. Le misure sono state eseguite facendo aumentare la temperatura da 14 °C a 27 °C e poi facendola diminuire di nuovo fino ai 14 °C iniziali. Nel grafico possiamo quindi distinguere due andamenti dei valori di OD , uno relativo a temperature crescenti, e l’ altro relativo a temperature decrescenti. Come si osserva i due andamenti non sono coincidenti ma risulta che le OD misurate per temperature decrescenti a parità di temperatura, risultano maggiori di quelle misurate per temperature crescenti. Ciò può essere dovuto ad un fenomeno di dipendenza dalla temperatura delle trasformazioni della struttura molecolare dello strato sensibile. Infatti, l’aumento della temperatura provoca uno spostamento dello spettro d’assorbanza verso lunghezze d’ onda minori e un allargamento dello spettro stesso , tutto ciò comporta un aumento dell’ OD della lastra [8].

Fig. 9 Valori di OD della lastra di dimensioni 12x10 cm², irraggiata con una dose di 46 Gy, in funzione di valori crescenti (◊) e decrescenti (¨ ) della temperatura

Nella figura 9 è riportato (indicato con un triangolo) un ulteriore dato sperimentale ottenuto mantenendo il microdensitometro alla temperatura di 14,5 C° mentre la lastra , inizialmente alla temperatura di 14,5 C° , è stata riscaldata avvicinandola per un tempo di 5 minuti a una fonte di calore . Il valore di OD della lastra ha subito un incremento di 0,05, ed è stato necessario attendere un tempo di 40 minuti per riottenere lo stesso valore di OD misurato inizialmente alla temperatura T=14,5 C° . Anche questo risultato conferma una forte dipendenza delle lastre GafChromic MD-55-2 dalle variazioni di temperatura .

Infine, le cinque lastrine irraggiate con dosi differenti sono state utilizzate per studiare la dipendenza del valore di OD dalla temperatura, al variare della dose di irraggiamento. In tabella V sono riportati i valori di OD misurati nell’ intervallo delle temperature tra 14 °C e 27 °C generalmente usate in un laboratorio .

Come si può osservare nella penultima riga della tabella V la variazione percentuale media di OD per grado centigrado, D(OD)/°C, non è costante nell’ intervallo di dosi utilizzate , ma tende a crescere in valore assoluto al crescere della dose di irraggiamento. risulta invece costante il rapporto (D(OD)/OD₁₄)/°C (%) tra la variazione percentuale media di OD nell’intervallo delle temperature studiate e il valore dell’ OD a 14 °C rispetto a una data dose. Come riportato nell’ ultima riga della tabella tale rapporto percentuale risulta in media essere di 1,3% °C^-1 . Nell’ ultima colonna della tabella è riportata la variazione di OD, sempre in funzione della temperatura, per una lastra Kodak X-Omat. per quest’ ultima lastra la variazione percentuale media di OD per grado centigrado è risultata inferiore allo 0,1% °C^-1.

Le misure riportate in questa tesi , sono state eseguite in una stanza climatizzata a una temperatura variabile tra 13°C e 15°C (T= (14,0 ± 1,0) °C) . In base ai dati riportati in Fig. 9 la fluttuazione della temperatura di ± 1,0 °C intorno a 14 °C comporta una riproducibilità della OD migliore del ± 0,5%

Nell’intervallo dei valori di umidità relativa compresi tra 50% e 70% non sono state riscontrate variazioni apprezzabili nella misura di OD

§ 2.6 Dipendenza della risposta delle GafChromic MD-55-2 dal tempo trascorso dall' istante del secondo irraggiamento

La dipendenza della misura di OD dal tempo trascorso dall’istante del secondo irraggiamento, è stata valutata analizzando il comportamento di 54 lastrine (di cui 6 non irraggiate perché necessarie per la valutazione del fondo). Delle 48 lastrine rimanenti, 30 sono state irraggiate con un fascio di elettroni (A.L. Saturne 43) di energia nominale pari a 6 MeV in fantoccio d’acqua Nucletron, con cinque valori di dose (§2.8), compresi tra 15 Gy e 27 Gy nominali (6 lastrine per ogni punto di dose) e 18 sono state esposte a tre fasci di elettroni (Novac7) di energia nominale pari a 7 MeV in fantoccio d’acqua Comecer a circa 20 Gy (2 lastrine sovrapposte per tre volte per ciascun fascio) come descritto nel paragrafo §3.2. Le lastrine MD-55-2 erano state preirraggiate omogeneamente, in un fantoccio di perspex con un fascio di elettroni di energia nominale pari a 6 MeV , con una dose di circa 10 Gy in un campo di dimensioni pari a 20x20 cm² alla DSS = 100 cm.

il valor medio OD di ogni lastra è stato misurato su una zona di dimensioni 12x10 cm². Le letture della lastra sono state effettuate alla temperatura di 14.00± 0,25 °C

In figura 10 sono riportati i valori di OD ottenuti nei giorni successivi all’ irraggiamento. L’aumento medio di OD, per ogni valore di dose testato, è di circa 1 % per settimana (figura 10) . Tale risultato risulta essere in buon accordo con quanto riportato in letteratura [10].

In base a quanto esposto in questo paragrafo, per l’impiego di lastre GafChromic MD-55-2 per misure dosimetriche, è consigliabile la contemporaneità (‘misura congiunta’) delle due fasi relative rispettivamente alla taratura delle lastre in termini di dose e alle misure dosimetriche. Tale modo di procedere, consente la lettura contemporanea delle lastre impiegate nelle due fasi di misura riducendo così gli errori associati alle variazioni di temperatura che possono verificarsi leggendo le lastre in giorni differenti, nonchè i tempi di analisi delle lastre.

Un’altra importante caratteristica delle lastre GafChromic è la sensibilità ai raggi ultravioletti . Tali raggi sono presenti nello spettro di emissione delle comuni lampade al neon che costituiscono uno dei sistemi d’ illuminazione più diffuso nei laboratori .

In figura 11 sono riportati i valori medi della densità ottica netta, ‘net optical density’, <NOD>, calcolata sottraendo il valore medio di OD della lastra ottenuto prima della esposizione ai raggi ultravioletti al valor medio di OD della lastra ottenuta dopo la esposizione ai raggi ultravioletti , in funzione delle ore di illuminazione da parte di una lampada al neon . I valori di <NOD> riportati sono stati ottenuti sia esponendo una lastra ad un’illuminazione caratteristica dell’ambiente di misura. Tale esposizione è stata realizzata lasciando la lastra su un tavolo del nostro laboratorio , sia esponendo una lastra ad un’illuminazione molto intensa , ottenuta disponendo la lastra su un diafanoscopio . In figura 11 sono riportati anche alcuni valori di OD sempre in funzione delle ore di illuminazione riportati da altri autori [12].

l’aumento medio di densità ottica netta per un’ora di illuminazione, D<NOD>/h, è di 4,2x10^-4 h^-1 per l’ illuminazione dell’ambiente di misura, e di 2,9x10^-3 h^-1 per l’illuminazione intensa , mentre per i dati riportati in letteratura è di 1,5x10^-3 h^-1 . Da ciò si deduce che l’influenza dei raggi ultravioletti sulla densità ottica delle lastre andrà studiata volta per volta a seconda dell’ambiente di misura .

§2.8 Taratura delle lastre GafChromic MD-55-2 con un fascio di elettroni di =6,2 MeV prodotto dall'A.L. Saturne 43

La procedura di taratura delle lastre GafChromic MD-55-2 è stata eseguita in due fasi  . nella prima fase due lastre di dimensioni 12,5x12,5 cm² sono state preirraggiate omogeneamente con una dose di circa 10 Gy con un fascio di elettroni di basso rateo di dose ( 0,039 cGy/imp) Saturne 43 (G.E.) di = 6,2 MeV (energia nominale pari a 6 MeV), nelle stesse modalità descritte nel § 2.6. I 54 elementi di film, divisi in k=9 gruppi ognuno contenente 6 lastrine , erano disposti sul piano di lettura del microdensitometro , in opportune sedi create per garantire la riproducibilità del loro posizionamento . Sono state quindi acquisite e memorizzate le immagini dei dodici gruppi, per la determinazione dei fattori correttivi f(i,j,k) (§2.4).

La seconda fase ha previsto, per gli elementi di lastra pre-irraggiati, gli irraggiamenti relativi alla taratura dei film in termini di dose assorbita in acqua.

30 lastrine sono state irraggiate con un fascio di elettroni Saturne 43 in fantoccio d’acqua Nucletron con cinque valori di dose di taratura, compresi tra 15 Gy e 27 Gy nominali (Tab VI). Il campo utilizzato aveva dimensioni 20x20 cm² alla DSS=100 cm.

Per ogni punto di taratura tre lastrine sovrapposte , per uno spessore complessivo di 0,834 mm , sono state poste nel punto di riferimento [11]. La dose assorbita dalle tre lastrine è stata assunta uguale, ritenendo trascurabile l’assorbimento dovuto alla sovrapposizione delle lastre. La scelta di irraggiare più lastrine contemporaneamente è nella direzione di ridurre i tempi di irraggiamento che sono determinanti per la stabilità del fascio prodotto dall’ AL durante i tempi di irraggiamento. Per ogni punto di taratura, la misura è stata ripetuta due volte.

Delle n = 24 rimanenti lastrine, 18 sono state utilizzate per le misure dosimetriche dei tre fasci di elettroni di alto rateo di dose, di =5,8 MeV, (di diametro rispettivamente di 6 cm (DSS=80 cm), di 8 cm (DSS=80 cm) e 10 cm (DSS=100 cm)) prodotti dal A.L. NOVAC7 (Tab.II), e le restanti sono state utilizzate per l’analisi del fondo.

Dette misure, sono state eseguite posizionando le lastre in acqua alla profondità di riferimento e in modo che l’asse centrale del fascio fosse contenuto nel loro piano.

Nel Capitolo III, §3.1, la fase di taratura e le misure dosimetriche verranno descritte più dettagliatamente nell’ambito della trattazione relativa alla procedura di ‘misura congiunta’ (§2.6).

il calcolo del fattore correttivo f(i,j,k) è stato condotto mediante un software che permette di scegliere di ogni elemento di film la zona di interesse dosimetrico (figura 12) in modo da poter escludere le zone di bordo e i vari contrassegni disegnati sulle lastrine per distinguerle .

In figura 12 è riportato il disegno della mascherina porta lastrine (utilizzata per le letture di elementi di film di dimensioni 2x2 cm²), che una volta posta sul piano di lettura permette un accurato riposizionamento delle lastrine stesse .

La <OD₁> necessario per il calcolo dell’ f(i,j,k) è stata calcolata come media dei valori di OD₁ di tutti i pixel contenuti nelle zone d’ interesse dosimetrico degli elementi di film irraggiati.. I fattori correttivi sono stati valutati utilizzando la relazione già citata nel §.2.4:

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Una volta calcolati i fattori f(i,j,k), i valori di densità ottica, OD_2c, relativi alle fasi di taratura e di misure dosimetriche, corretti per l’effetto di disomogeneità delle lastre mediante l’ espressione, sono stati ottenuti dall’espressione :

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I valori di <OD_2c> , relativi alla taratura delle lastre GafChromic MD-55-2 , sono stati ottenuti , per ogni lastrina , mediando i valori delle OD_2c ottenuti sui blocchi di pixel di dimensioni comprese tra 15x15 pixel e 25x25 pixel, che corrispondono a un’ area sensibile di dimensioni comprese tra 30 mm² e 85 mm² . L’ uso di blocchi di diverse dimensioni non comportava variazioni del valore di <OD_2c> .

La procedura descritta è stata utilizzata anche per le misure dosimetriche eseguite per due fasci di elettroni di =5,8 MeV prodotti dall’A.L. NOVAC7.

In figura 12 sono riportati i valori di <OD_2c>, misurati in funzione della dose, relativi alla taratura delle lastre GafChromic MD-55-2 con un fascio di elettroni Saturne 43 di energia nominale pari a 6 MeV. Il valore <OD_2c> , per ognuno dei 5 punti di dose compresi tra 15 Gy e 27 Gy , è ottenuto come media dei valori di OD_2c sui sei blocchi di 25x25 pixel, sulle sei lastrine irraggiate, tre alla volta, alla stessa dose, ripetendo due volte la misura. Il valore di <OD_2c > corrispondente a dose nulla nel secondo irraggiamento è ottenuto dalla lettura delle lastre non irraggiate.

La deviazione standard percentuale sui valori medi di OD_2c di ogni singola lastrina è risultata dell’ordine dell’1,0% (1s) e la riproducibilità del valor medio <OD_2c> ottenuto dalle sei lastrine, quindi per ogni punto di dose, è risultata pari a 1,0% (1s).

Dalla Fig.13 si può osservare che la <OD_2c> non cresce linearmente con la dose , ma presenta una sottolinearità al crescere della dose. La curva di taratura è stata determinata mediante un fit sui dati sperimentali che fa uso di un polinomio di terzo grado del tipo :

y=ax³+bx²+cx+d ..................(7)

i valori di a ,b ,c, d e del coefficiente di regressione, R, sono risultati rispettivamente pari a: a=6,0 × 10^-6, b= -3,0× 10^-4, c =2,23× 10^-2 , d=3,471× 10^-1 e R= 0.999.

Per motivi di praticità di notazione si è indicato, in Fig.13, OD al posto di <OD_2c>.

La dipendenza della risposta delle GafChromic MD-55-2 dall’energia del fascio di elettroni, è stata studiata irraggiando in fantoccio d’acqua piccoli elementi di film, di dimensioni pari a 2x2 cm², con tre fasci di elettroni di basso rateo di dose (circa 0,039 cGy/imp) prodotti da un acceleratore lineare, Saturne 43 , con campi di dimensioni 20x20 cm² a DSS = 100 cm. Le energie nominali dei fasci erano pari a 4,5 MeV, 6 MeV e 7,5 MeV.

In Tab.VII sono riportate le caratteristiche dei tre fasci di elettroni ottenute da curve di dose in profondità in acqua. Tali misure sono state ottenute mediante un diodo al silicio per elettroni (mod. DEB000 2239) inserito in un fantoccio d’acqua automatico (Nuclital mod.NWP).

Per ciascuna energia cinque valori di dose, compresi tra 4 Gy e 33 Gy, sono stati determinati mediante una camera di riferimento ENEA ESC/87 applicando le raccomandazioni del ‘Protocollo per la dosimetria di base nella radioterapia con fasci di fotoni ed elettroni con E_max fra 1 e 40 MeV’ [11], mentre le lastre erano posizionate alla stessa profondità del punto effettivo, P_eff, della camera di riferimento, (rispettivamente pari a: 0,9 cm, 1,4 cm e 1,8 cm, per le suddette energie). L’irraggiamento della camera e delle lastre era effettuato simultaneamente in quanto la camera risultava sull’asse del fascio e il centro degli elementi di film spostato lateralmente rispetto all’asse di una distanza d=1,5 cm. In tal modo si è potuta garantire la massima accuratezza della dose da associare ai valori di OD.

Per ogni valore di dose sono state irraggiate tre lastre contemporaneamente e la stessa misura è stata eseguita due volte.

La riproducibilità delle letture di OD_2c delle singole lastrine è risultata pari a 1% (1s).

I valori medi <OD_2c>, associati ad ogni valore di dose, sono stati determinati con una riproducibilità contenuta entro l’ 1,0% (1s).

In Fig.14 sono riportate le tre curve di taratura delle GafChromic MD-55-2, relative alle tre energie del fascio di elettroni considerate, ottenute facendo passare per i punti sperimentali un polinomio di 3° grado. Il coefficiente di regressione di tale fit è risultato per le tre curve compreso tra 0,999 e 1,000.

Le tre curve risultano sovrapposte, entro la riproducibilità dei valori medi <OD_2c>, evidenziando perciò un’indipendenza della risposta delle lastre GafChromic MD-55-2 nell’intervallo delle energie qui esaminato.

§2.11 Dipendenza della risposta dei film GafChromic MD-55-2 dalla dose per impulso. Interconfronto dosimetrico con dosimetri chimici Fricke

In questo paragrafo sono riportati i risultati relativi alla indipendenza della risposta delle GafChromic MD-55-2 dalla dose per impulso e dal rateo medio di dose usando, come confronto interdosimetrico, dosimetri chimici Fricke che sono indipendenti dal rateo di dose sopra i 10 Gy/impulso [6].

I dosimetri Fricke sono costituiti da ampolle di vetro nel cui interno è alloggiata la seguente soluzione dosimetrica (composizione riferita ad un litro di soluzione) :

• solfato ferroso ammoniacale Fe(NH₄)₂(SO₄)₂ x 6H₂O 1 mmol
• Cloruro di sodio 1 mmol
• acido solforico concentrato (98%) 400 mmol
• acqua tridistillata

Le fiale Fricke presentano un diametro di 7 mm e una lunghezza di 20 mm. Tali fiale sono fotosensibili e vanno conservate al riparo da qualunque forma di radiazione elettromagnetica ad una temperatura di (20±5)°C.

I dosimetri Fricke devono essere irraggiati al build-up* in un fantoccio ad acqua per es. mediante un supporto in perspex come in figura 15.

Prima di ogni irraggiamento bisogna attendere un tempo ( circa 10 minuti ) necessario per lo stabilirsi dell’equilibrio termico tra la fiala e l’acqua del fantoccio: L’irraggiamento deve essere eseguito in condizioni di riferimento [11] e il valore della dose assorbita in acqua impartita a ciascun dosimetro deve essere di almeno 40 Gy e minore di 200 Gy.

Fig.15 Schema di irraggiamento dosimetri Fricke in fantoccio ad acqua.

In ‘misura congiunta’ sono stati irraggiati, in fantoccio ad acqua alla profondità di riferimento [11] (§2.6): n. 6 dosimetri Fricke (con circa 50 Gy nominali) e n. 30 lastrine MD-55-2 (con 5 punti di dose compresi tra 15 e 27 Gy nominali) con fascio di elettroni di energia media =5,7 MeV (campo 20 x 20 cm² e DSS =100 cm) fornito dall’acceleratore convenzionale A.L. Saturne 43 , e n. 6 dosimetri Fricke (con circa 50 Gy nominali) e n. 12 lastrine (con circa 20 Gy nominali), MD-55-2 con due fasci di elettroni di energia media =5,8 MeV (diametro del collimatore 6 cm con DSS=80 cm e diametro 10 cm con DSS=100 cm) forniti dall’acceleratore Novac7. Altre 12 lastrine sono state tenute non irraggiate per la valutazione del fondo.

La dose in acqua per impulso assorbita dai dosimetri Fricke, D_w^Fricke , a seguito della misura di cui è oggetto questo paragrafo, è stata fornita dai laboratori ENEA-INMRI mediante lettura spettrofotometrica (incertezza complessiva 2,7% (2s)) [11], mentre la dose in acqua per impulso assorbita dalle lastrine MD-55-2, D_w^GAF, è stata valutata in base alla procedura seguita nei paragrafi §2.3 e §2.4.

La figura 16 mostra il rapporto D_w^GAF/ D_w^Fricke ottenuto per tre differenti valori di dose per impulso determinato attraverso dosimetri Fricke a 0,0390 cGy/impulso (5,7 MeV Saturne 43) e a 2,96 e 5,38 cGy/impulso (5,8 MeV Novac7 rispettivamente campo 10 cm e campo 6 cm). Questi valori corrispondono rispettivamente ai ratei medi di dose: 468 , 1704 e 866 cGy/min (calcolati in base alla frequenza di ripetizione del fascio pulsato che risultava essere 200 Hz per il basso rateo e 5 Hz per l'alto rateo) dei linac utilizzati come riportato in Fig.17.

Fig.16 Rapporti D_w^GAF/ D_w^Fricke ottenuti per tre differenti valori di dose per impulso, determinati con dosimetri Fricke a 0.0390 cGy/pulse (5.7 MeV Saturne 43) e 2.96, 5.38 cGy/pulse (5.8 MeV Novac7). Le barre di errore sono rappresentative dell’incertezze determinate come propagazione sulla incertezze di dose : 2.7% (1s) per D_w^GAF e 1.4%, (1s) per D_w^Fricke

I risultati poc’anzi esposti sono in accordo con i dati di letteratura [7] dove le lastre MD-55-2 sono state irradiate, alla dose di 20 Gy, con una radiazione di ⁶⁰Co con ratei di dose pari a 44, 2400 e 8000 cGy/min.

Fig.17 Confronto tra i rapporti D_w^GAF/ D_w^Fricke misurati in funzione del rateo medio di dose corrispondenti a 0.0390 cGy/pulse (5.7 MeV Saturne 43) e 2.96, 5.38 cGy/pulse (5.8 MeV Novac7) (●) e i dati di letteratura [7] dove le lastre MD-55-2 sono state irradiate, alla dose di 20 Gy, con una radiazione di ⁶⁰Co a ratei di dose pari a 44, 2400 e 8000 cGy/min (■). Le barre di errore sono rappresentative dell’incertezze determinate come propagazione sulla incertezze di dose : 2.7% (1s) per D_w^GAF e 1.4%, (1s) per D_w^Fricke