Sviluppo di un sistema tomografico con tubo a raggi x da 300 kv: progettazione e test preliminari.

In questo elaborato sono descritti la progettazione e lo sviluppo di un sistema tomografico con sorgente di raggi X da 300 kV per analisi nel campo dei Beni Culturali; in particolare sono stati effettuati test preliminari sia per verificare le prestazioni del tubo a raggi X e dello schermo scintillatore sia per avere indicazioni utili alla progettazione (e conseguente costruzione) del box di rivelazione. Il collaudo della sorgente di raggi X è stato eseguito con lo studio dell'andamento della dose integrale e/o del rateo di dose in funzione della tensione, della corrente e del tempo d'irraggiamento. La caratterizzazione dello schermo scintillatore di CsI(Tl) è basata sul confronto delle sue caratteristiche con uno schermo analogo di spessore differente nelle stesse condizioni sperimentali, attraverso lo studio dei parametri standard dei dispositivi per imaging, quali la curva di risposta, il rapporto segnale-rumore e la risoluzione spaziale. Inoltre, come ulteriore test, lo schermo scintillatore è stato utilizzato per l’indagine tomografica di alcuni pani di terra contenenti olle di epoca villanoviana. Per la progettazione del box rivelatore sono state invece svolte misure di tipo ottico. I vari test svolti in laboratorio hanno dato risultati positivi e hanno dimostrato la validità dei componenti scelti per il nuovo sistema tomografico, il cui assemblaggio verrà completato a breve, essendo stata ultimata proprio in queste settimane la costruzione del box di rivelazione.

Caratterizzazione clinica, eziopatogenetica e ricerca di marker diagnostici nella poliradicoloneurite acuta idiopatica del cane

La poliradicoloneurite acuta idiopatica (ACIP) è una patologia infiammatoria che interessa le radici di più nervi spinali, descritta soprattutto nel cane, più raramente nel gatto, caratterizzata da insorgenza acuta di paresi/paralisi flaccida. L’ACIP mostra notevoli similitudini con la sindrome di Guillan-Barrè dell’uomo (GBS), in cui la patogenesi è su base autoimmunitaria ed è stata correlata con la presenza di alcuni fattori scatenanti (trigger). Lo scopo di questo lavoro è stato quello di caratterizzare l’ACIP in 26 cani, descrivendone la sintomatologia, l’evoluzione clinica, i risultati degli esami diagnostici. La diagnosi si è basata sui riscontri dell’anamnesi, della visita neurologica e del decorso confermata, quando possibile, dai rilievi elettrodiagnostici. Su tutti i cani è stata valutata l’esposizione a specifici agenti infettivi (Toxoplasma gondii, Neospora canunim, Ehrlichia canis, Leishmania infantum), o altri fattori (come vaccinazioni) che potrebbero aver agito da “trigger” per l’instaurarsi della patologia; sull’intera popolazione e su 19 cani non neurologici (gruppo di controllo), si è proceduto alla ricerca degli anticorpi anti-gangliosidi. La sintomatologia di più frequente riscontro (25/26) ha coinvolto la funzione motoria (paresi/plegia) con prevalente interessamento dei 4 arti (24/25) . Sei cani hanno ricevuto una terapia farmacologica, che non ne ha influenzato il decorso, favorevole in 24/26 casi. In 9 pazienti è stata rilevata una precedente esposizione a potenziali trigger; in 10 casi si è riscontrato un titolo anticorpale positivo ad almeno un agente infettivo testato. In 17/26 cani si è ottenuto un titolo anticorpale anti-GM2 e anti-GA1; nella popolazione di controllo solo un caso è risultato positivo. Questi risultati hanno contribuito a consolidare le conoscenze di questa patologia, validando l’utilità della ricerca anticorpale anti-gangliosidica per la diagnosi di ACIP e facendo intravedere la possibilità che l’ACIP possa essere assimilate alla GBS anche dal punto di vista patogenetico, per la quale potrebbe essere considerata come modello animale spontaneo.

Verifiche di vulnerabilità sismica della Facolta di Fisica a Bologna

Valutazione della vulnerabilità sismica di una struttura mista in muratura e calcestruzzo armato esistente. Caratterizzazione meccanica dei materiali mediante prove diagnostiche. Modellazione strutturale attraverso un programma agli elementi finiti (SAP2000), verifiche statiche e sismiche condotte secondo le attuali normative italiane (NTC2008). Caso di studio: facoltà di Fisica a Bologna (A. Righi)

Misure di caratterizzazione su un prototipo di LiDAR basato su modulazione pseudocasuale

Un LiDAR è uno strumento di misura che sta vedendo uno sviluppo enorme negli ultimi decenni e sta dando risultati di grande utilità pratica. Abbiamo svolto alcune misure di distanza utilizzando uno strumento realizzato con materiale di recupero e un semplice software scritto da noi. In una prima parte del lavoro, più teorica, si illustrerà il funzionamento dello strumen- to, basato sull’invio di fasci laser su bersagli opachi e sulla ricezione della loro riflessione. Si presterà particolare attenzione ai metodi sviluppati per poter sfruttare laser continui piuttosto che impulsati, che risulterebbero più costosi: le sequenze pseudocasuali di bit. Nella parte sperimentale invece si mostrerà l’analisi dei dati effettuata e si commen- teranno i risultati ottenuti osservando le misure, con lo scopo di verificare alcune ipotesi, fra cui si darà particolare attenzione al confronto delle diverse sequenze. Lo scopo di questo lavoro è caratterizzare lo strumento tramite l’analisi delle misure e verificare l’asserzione dell’articolo [1] in bibliografia secondo cui particolari sequenze di bit (A1 e A2) darebbero risultati migliori se utilizzate al posto della sequenza pseudocasuale di lunghezza massima, M-sequence.

Studio della risposta temporale di fotorivelatori con diversi accoppiamenti a scintillatori e diversa elettronica di front end e di read out

Lo scopo di questa tesi è lo studio, mediante misure sperimentali con un telescopio per raggi cosmici, della risposta temporale di rivelatori a scintillazione accoppiati a diversi tipi di fotorivelatori. In particolare sono stati studiati due tipi di fotorivelatori: i fotomoltiplicatori al silicio (SiPM) ed i rivelatori MicroChannel Plate (MCP); entrambi i sensori presentano ottime caratteristiche per ciò che concerne la risposta temporale. Per una migliore caratterizzazione dei fotorivelatori e per una maggiore completezza dello studio sono stati analizzati anche diversi modelli di accoppiamento tra gli scintillatori ed i sensori, sia a diretto contatto che tramite fibre ottiche. Per cercare di sfruttare al meglio le eccellenti proprietà temporali, sono state utilizzate anche diverse schede di front end veloce e diversa elettronica di read out. In particolare in questa tesi, per la prima volta, è stata usata, per lo studio di questi nuovi fotorivelatori, l’elettronica di front end e read out realizzata per il rivelatore TOF dell’esperimento ALICE a LHC. I risultati di questa tesi rappresentano un punto di partenza per la realizzazione di rivelatori con ottima risoluzione temporale in esperimenti di fisica nucleare ed subnucleare (definizione del trigger, misure di tempo di volo, calorimetria). Altre interessanti applicazioni sono possibili in ambito medico, in particolare strumenti di diagnostica avanzata quali ad esempio la PET.

Performance evaluation of detector for digital radiography

Lo scopo di questo lavoro è la caratterizzazione fisica del flat panel PaxScan4030CB Varian, rivelatore di raggi X impiegato in un ampio spettro di applicazioni cliniche, dalla radiografia generale alla radiologia interventistica. Nell’ambito clinico, al fine di una diagnosi accurata, è necessario avere una buona qualità dell’immagine radiologica mantenendo il più basso livello di dose rilasciata al paziente. Elemento fondamentale per ottenere questo risultato è la scelta del rivelatore di radiazione X, che deve garantire prestazioni fisiche (contrasto, risoluzione spaziale e rumore) adeguati alla specifica procedura. Le metriche oggettive che misurano queste caratteristiche sono SNR (Signal-to-Noise Ratio), MTF (Modulation Transfer Function) ed NPS (Noise Power Spectrum), che insieme contribuiscono alla misura della DQE (Detective Quantum Efficiency), il parametro più completo e adatto a stabilire le performance di un sistema di imaging. L’oggettività di queste misure consente anche di mettere a confronto tra loro diversi sistemi di rivelazione. La misura di questi parametri deve essere effettuata seguendo precisi protocolli di fisica medica, che sono stati applicati al rivelatore PaxScan4030CB presente nel laboratorio del Centro di Coordinamento di Fisica Medica, Policlinico S.Orsola. I risultati ottenuti, conformi a quelli dichiarati dal costruttore, sono stati confrontati con successo con alcuni lavori presenti in letteratura e costituiscono la base necessaria per la verifica di procedure di ottimizzazione dell’immagine radiologica attraverso interventi sul processo di emissione dei raggi X e sul trattamento informatico dell’immagine (Digital Subtraction Angiography).

La radioterapia guidata dalle bioimmagini di risonanza magnetica

La radioterapia guidata dalle immagini è una terapia medica che utilizza acquisizioni frequenti di immagini durante la radioterapia. Scopo di questo elaborato è di dimostrare come l'acquisizione di bioimmagini con risonanza magnetica durante l'erogazione del trattamento radioterapico possa portare a una notevole riduzione dei problemi a cui la radioterapia è legata: errori di posizionamento del paziente, localizzazione del volume bersaglio, movimento degli organi durante l'erogazione del trattamento. Partendo dai meccanismi biologici e fisici di iterazione tra le particelle del fascio di erogazione del trattamento e quelle tumorali costituenti il tessuto bersaglio, si è descritta la radioterapia guidata dalle immagini, accostandola alla risonanza magnetica nel trattamento di specifici tumori situati nei polmoni, nella zona del collo e della testa, e nella prostata. Infine si sono descritti gli impianti di ultima generazione che integrano il sistema per l'erogazione del trattamento radioterapico con quello di acquisizione di immagini con risonanza magnetica.

Ricerca di una risonanza ad alta massa nello stato finale mu+mu- a sqrt(s)=13 TeV con il rivelatore CMS

Il Modello Standard descrive la fenomenologia delle interazioni fondamentali con estrema precisione; tuttavia è incompleto e deve esistere nuova fisica oltre tale modello. Al momento non si è in grado di prevedere come e a che scala di energia tale fisica si manifesti. Un’eventuale risonanza nello stato finale μ + μ − a masse elevate costituirebbe un segnale di nuova fisica. Un fenomeno di questo tipo viene catalogato come produzione della particella Z' , la quale non rappresenterebbe necessariamente un nuovo bosone vettore sequenziale alla Z_0 . Questa tesi si colloca nell’ambito della ricerca della Z' nei processi di interazione protone-protone a LHC in termini di una generica risonanza che decade in coppie di muoni di carica opposta. I limiti attualmente fissati stabiliscono che non vi siano segnali di nuove risonanze per il Modello Sequenziale (SSM) al di sotto dei 2960 GeV. In questo lavoro di tesi si effettua un’analisi per un’eventuale Z ', fino a 5 TeV di massa. A Maggio 2015, LHC ha raggiunto un’energia nel centro di massa di 13 TeV aumentando di un fattore 10 o più il potere di scoperta per oggetti con massa superiore a 1 TeV. In questo scenario, favorevole all’osservazione di fenomeni rari, si inserisce la mia ricerca.

Studio di un rivelatore per neutroni di alta energia

Guidata dall'interesse per lo studio della fissione nucleare, per molto tempo la ricerca nel campo dei neutroni si è concentrata su energie medio-basse (E<20 MeV) mentre per la regione a più alte energie le informazioni risultavano scarse o mancanti. Recentemente, invece, si è sviluppato un nuovo interesse per i Neutroni di Alta Energia, utilizzabili nelle terapie mediche per la cura di tumori, e di grande importanza per la radioprotezione e la trasmutazione delle scorie radioattive derivanti da produzione di energia nucleare. Queste applicazioni richiedono precisi fasci di neutroni quasi-monoenergetici, con energie dai 20 a qualche centinaia di MeV, servono perciò misurazioni intese a determinare le caratteristiche del fascio e atte a ottenere valori precisi della sezione d'urto relativa ai processi innescati da neutroni veloci. La sezione d'urto di un certo processo nucleare si deduce dalla misura del numero di eventi acquisiti per unità di tempo da un rivelatore, conoscendo l'efficienza di questo, l'intensità del fascio che incide nel bersaglio e le caratteristiche del target. Diventa, quindi, determinante la conoscenza dell'intensità del fascio dei neutroni, anche nel caso di un intervallo energetico ampio, come quello prodotto al CERN dalla facility n_TOF, che possiede energie che vanno dal meV al GeV. Sulla base di queste motivazioni, in questo lavoro di tesi, si vuole proporre un prototipo semplice di rivelatore per Neutroni di Alta Energia e si presenta uno studio preliminare del primo test sotto fascio, focalizzando l'attenzione sulla massima energia misurabile.

Ricostruzione di segnali multipli del rivelatore a tempo di volo (ToF) di ALICE: confronto fra dati e Monte Carlo

La fisica delle collisioni ad alte energie è, ad oggi, uno dei campi di ricerca più interessante per la verifica di modelli teorici che spieghino la nascita e la formazione dell'universo in cui viviamo. In quest'ottica lavorano esperimenti presso i più importanti acceleratori di particelle: tra questi anche l'esperimento ALICE, presso il Large Hadron Collider LHC del CERN di Ginevra. Il suo scopo principale è quello di verificare e ampliare l'insieme delle prove sperimentali alla base sull'esistenza di un nuovo stato della materia: il Quark Gluon Plasma. La presenza della transizione di fase della materia adronica ordinaria a QGP era stata teorizzata da diversi studi termodinamici e da calcoli di QCD su reticolo: in particolare si prevedeva l'esistenza di uno stato della materia in cui i quark sono deconfinati. Il QGP è dunque un plasma colorato e densissimo di quark e gluoni, liberi di interagire tra loro. Queste condizioni sarebbero state quelle dell'universo primordiale, circa 1µs dopo il Big Bang: a seguito di una transizione di fase, si sarebbe poi formata tutta la materia adronica ordinaria. Per riprodurre le condizioni necessarie alla formazione del QGP occorrono collisioni ad energie ultrarelativistiche come quelle prodotte, negli ultimi anni, dall'acceleratore LHC. Uno dei principali rivelatori dedicati all'identificazione di particelle in ALICE è il sistema a tempo di volo TOF. Nonostante un attento processo di ottimizzazione della risoluzione delle sue componenti, persistono residui errori strumentali che limitano la qualità (già ottima) del segnale, tutt'oggi oggetto di studio. L'elaborato presentato in questa tesi è suddiviso in tre capitoli: nel primo ripercorriamo gli aspetti teorici del Modello Standard e del Quark Gluon Plasma. Nel secondo descriviamo la struttura di rivelazione di ALICE, analizzando il funzionamento delle singole componenti. Nel terzo, infine, verifichiamo le principali correzioni al TOF ad oggi note, confrontando i dati a nostra disposizione con delle simulazioni Monte Carlo: questo ci permette da un lato di approfondirne la conoscenza, dall'altro di cercarne di migliorare la descrizione del comportamento del rivelatore.

Levantamento radiométrico, cálculo de blindagem e planejamentos rotineiros realizados no Instituto de Radioterapia do Vale do Paraíba e no Hospital Regional de Taubaté no período de 2006, 2007,e 2008

Not only the progress of the radiotherapy, but also the improve of the dose in the patient with adjusted radiotherapy plannings, calculation of shield, radiometric survey, among others, are responsibilities of the medical physic inside of a sector of radiotherapy. This monograph has as objective to above show some of these cited functions of the medical physicis, starting with a theoretical basement and at as a moment to present the calculations and the results found during a visit in the Institute of Radiotherapy of the Valley of the Paraíba, located in the city of São José dos Campos, and in the Regional Hospital of Taubaté in the period of 2006, 2007 and 2008

Método de pontos interiores no planejamento ótimo do tratamento de câncer por radioterapia

The Medical Physics has been developing very fast due to the progress of the technologies and to the increase of the concerns with cure of diseases. One of the Medical Physics main performances at the present time is the use of ionizing radiations for cancer treatment, especially, services as Radiotherapy. The radiotherapy technique uses ionizing radiation with therapeutic end of cancer controls, avoiding your proliferation and it worsens of the patient. For the treatment a radiation bunch is used, with rectangular form, that it passes through the different types of tissues of the patient's body, and depending on the attenuation and of the depth of the fabrics, a great amount of energy is deposited inside in different points of the body. Like this, to plan this treatment type it should be obtained the dimension of the distribution and dose absorption along the volume. For this, it is necessary in the planning of the treatment of the cancer for radiotherapy to build isodose curves, which are lines that represent points of same amount of dose to be deposited in the area to be treated. To aid the construction of the curves of form isodose to reach the best result in the planning of the treatment, in other words, a great planning, providing the maximum of dose in the tumor and saving the healthy and critical organs, it has been using mathematical tools and computational. A plan of cancer treatment for radiotherapy is considered great when all the parameters that involve the treatment, be them physical or biological, they were investigated and adapted individually for the patient. For that, is considered the type and the location of the tumor, worrying about the elimination of the cancer without damaging the healthy tissue of the treated area, mainly the risk organs, which are in general very sensitive to the radiations. This way, the optimization techniques... (Complete abstract click electronic access below)

A experiência de trabalhar em ambiente de radioterapia

O procedimento da radioterapia não traz em si a garantia de qualquer resultado favorável, é preciso, antes, apostar em um planejamento minucioso e implementação cuidadosa do tratamento necessário para potencializar os benefícios da radioterapia através de sua aplicação. Primeiramente é preciso aplicar uma dose de radiação para as células tumorais em quantidade suficiente para matar as células cancerigenas no menor tempo possivel, aumentanto a possibilidade de controle da doença maligna, matando as células malignas e elevando a probabilidade de controlar a doença maligna, enquanto ao mesmo tempo, limita a dose para os tecidos saudáveis que circunda a célula com o tumor maligno, para que a probabilidade de dano induzindo a esses tecidos seja reduzida ao mínimo. Dentro desta perspectiva, o estudo teve por objetivo apresentar as atividades realizadas na Clínica de Radioterapia de São Carlos, procurando ampliar o conhecimento sobre a radioterapia para melhorar o atendimento aos pacientes com diagnóstico de cancer de mama e de cancer de prostata. Foi possivel neste período acompanhar a rotina de trabalho dos físicos médicos, que permitiram participar ativamente das atividades de planejamento, posicionamento do paciente, cálculo de dose, procurando manter a qualidade no atendimento aos pacientes. O estágio como componente curricular desempenha um papel fundamental no processo de formação. Responsável pela introdução do aluno no campo profissional, realmente possibilita a análise contextual dessa realidade na perspectiva de uma ação interventiva. Como aprendizagem maior é possível dizer que o estágio mostrou que nos dias atuais, os novos profissionais, se quiserem conquistar seu lugar, precisam juntar inteligência, conhecimento e capacidade emocional e social para enfrentar e poder atuar rumo às mudanças requeridas, a qualificação humana precisa ir além... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

Sistema de cálculo para determinação do tempo de exposição em radioterapia veterinária

Radiotherapy in veterinary practice is already known and widely distributed in large specialized centers of developed countries. In early 2000, there were about 30 radiotherapy equipment specifically designed for the veterinary clinic in the United States. In Brazil, the veterinary radiotherapy is still confined to research in universities, where most of the procedures is radiation therapy performed with superficial x-ray machines, with a voltage between 50 and 150 kVp, focus-distance surface (DFS) between 20,0cm and 40,0cm. As that occurs in human medicine, new research strengthens the development and prospects for the use of radiotherapy as a safe option for treating cancer in animals. This paper presents a methodology for calculating the exposure time for superficial radiotherapy procedures in veterinary medicine for small animals (dogs and cats). The dosimetric parameters of X-rays are determined using a spreadsheet tool for Microsoft Office Excel, developed in this paper for a device Dermopan 2, Veterinary Hospital of UNESP in Araçatuba. Using the worksheet helps the veterinarian to determine the time of exposure to radiation determined for each clinical case, optimize the workflow for professionals in veterinary radiotherapy procedures, which often lack the medical physics in team and at the time of radiotherapy. The correct use of spreadsheet decreases the chances of errors in dose rates of radiation, providing a higher quality of care

Modelos de tratamento para adenocarcinomas de próstata tratados por radioterapia conformacional 3D

Radiotherapy is a branch of medical physics related to the treatment of malignant neoplasm, being an important instrument in the fight against cancer, when combined with the effort of a multidisciplinary team, composed of, physicians, physicists, nurses and technicians. Every year more than 3.5 million new cases of cancer are recorded in the world, being the prostate cancer responsible for approximately 25% of this amount (INCA and IARC, 2008). In this type of cancer, radiotherapy is a method indicated for treatement. The technological advance in this area over years has allowed a greater accuracy in the tumor location, more conformation of the radiation beam around the tumor, reducing the dose in healthy tissues and a consequent dose increase on treatment (Bedford et al., 1999). A radiotherapy planning, in which the physicist develops an important role, is composed of several steps, including choosing the best configuration of treatment beams. This choice has a close relationship with success of therapy and is critical to achieve the best distribution of dose inside the tumor and expose the least as possible the healthy tissue to radiation. In this work, two options for setting up camps in the first phase in a treatment of prostate cancer were simulated in computer planning: 4 fields orthogonal or “Box” with gantry angles in 00, 1800, 2700 e 90° and 4 fields angled or “X” (1350, 450, 3150 e 2250). The percentage of the rectal volume exposed to 40, 50, 60, 72 and 76 Gy should be limited to 60, 50, 25, 15 and 5% respectively (Greco et al., 2003). The femoral toxicity have limited dose by 70% of the total dose prescribed in a prostate treatment (Bedford et al., 1999). The planning of 27 patients with prostate adenocarcinoma submitted to 3D conformal radiotherapy were accompanied. As a result, it was assessed that the best TCP (tumor control probability)... (Complete abstract click electronic access below)