Development of a gamma camera for prompt gamma imaging in proton therapy

Proton therapy is nowadays considered an advantageous option in cancer treatment because it gives the possibility to release the maximum of the dose delivered in the target in the cancer site, destroying tumoral cells and limiting the dose to healthy tissues. However, treatments delivered by proton therapy are affected by uncertainties on the range of the beam within the patient. To better control this range and deliver safer treatments, real-time range control can be used by imaging prompt gammas emitted along the proton tracks in the patient. The aim of the project conducted by IBA in collaboration with Politecnico di Milano and the company Xglab, is to develop a prompt gamma camera for real-time range verification with the use of a slit collimator. In this thesis I will present the development and the characterization of a first prototype of this prompt gamma camera.

La proton terapia è oggigiorno considerata un’alternativa molto vantaggiosa per il trattamento e la cura dei tumori. Il rilascio della dose nel paziente è massimo nel sito dove si trovano le cellule tumorali, mentre è molto limitato nei tessuti sani. Tuttavia i trattamenti effettuati tramite proton terapia sono affetti da incertezze nel range del fascio all’interno del paziente. Al fine di migliorare il controllo del range dei protoni e di eseguire trattamenti più sicuri, fra le possibili tecniche real-time di controllo c’è l’imaging dei prompt gamma. Si tratta di rivelare i prompt gamma emessi dal paziente a seguito dell’irraggiamento col fascio di protoni. Da precedenti studi è stata verificata una correlazione fra il picco di Bragg dei protoni (e quindi il loro range) e i profili dei prompt gamma, soprattutto fra 3 e 10 MeV; questo permette un controllo indiretto del range dei protoni. Lo scopo del progetto condotto da IBA in collaborazione con il Politecnico di Milano e la società Xglab è di sviluppare una prompt gamma camera per il controllo in real-time del range dei protoni, utilizzando uno “slit collimator”. In questa tesi presento lo sviluppo e la caratterizzazione di un primo prototipo di questa gamma camera.