Razvoj sistema za protonsko CT slikanje z uporabo silicijevih detektorjev z nizkim ojačanjem

Cilj projekta je konceptualna zasnova in popolna simulacija naprave za protonsko računalniško tomografijo (pCT), ki temelji na uporabi silicijevih detektorjev z majhnim ojačanjem (LGAD).Pri pCT se za rekonstrukcijo najverjetnejše poti (MLP) protona v preiskovanem volumnu uporabljajo meritve vstopne in izstopne točke protona v preiskovanem volumnu ter meritve izstopne energije protona. Te poti se uporabijo za rekonstrukcijo slike. Tak postopek bistveno olajša obsevanje s protoni, saj se pri dani dozi ne dobi le natančnejša slika, temveč tudi možnost za boljši nadzor zdravljenja in manjši stres za bolnika. Glavna prednost uporabe LGAD je dejstvo, da za razliko od sedanjih predkliničnih prototipov za določanje energije izstopajočih protonov ne uporablja "kalorimetra"/"merilnika razdalje", temveč energijo protonov določi na podlagi časa preleta med dvema detektorskima ravninama. To pomeni precejšnjo poenostavitev, saj se lahko uporabi ena sama dektektorska tehnologija, razpoložljivost prostorskih in časovnih informacij iz vseh treh slojev detektorja pa odpira možnost za izboljšanje algoritmov rekonstrukcije MLP, kar lahko pomeni še eno prednost v primerjavi s sedanjimi prototipi.

Načrtujemo vzpostavitev popolne simulacije GEANT4 za simulacijo delovanja takega pCT, da bi preučili izboljšane algoritme rekonstrukcije MLP in primerjali uspešnost z običajnimi zasnovami. Poleg tega bo simulacija uporabljena za preverjanje meritev z uporabo prototipnih senzorjev LGAD. Prototipni detektorji, razviti za fiziko delcev, bodo preizkušeni in ocenjeni z ustrezno hitro bralno elektroniko ter primerjani s simulacijo. Laboratorijska postavitev bo izdelana s tremi plastmi senzorjev LGAD, nameščenimi na tiskana vezja z bralno elektroniko. Popolnoma motorizirano pozicioniranje ravnin in gradnja fantomov bosta omogočila meritve najverjetnejše poti elektronov 90Sr v tankem vodnem fantomu. Postavitev bo vsestranska in se bo uporabljala tudi v protonskem testnem žarku, kjer se bodo uporabljali kompleksnejši fantomi in s simulacijami preverjale najpomembnejše lastnosti sistema. Glavni poudarek bo na določanju energijske ločljivosti protonov, geometrijski postavitvi senzorskih ravnin in načinih uporabe sistema, ki temelji na LGAD, v kliničnih študijah. Prvi testi bodo izvedeni s senzorji in elektroniko, ki so že na voljo. Rezultati testov in simulacij bodo usmerjali zasnovo in geometrijo nadaljnjih prototipnih senzorjev.