Università degli Studi di Catania
Facoltà di Ingegneria – Corso di Laurea in Ingegneria Informatica
UN SIMULATORE IN C++ B...
SOMMARIOSOMMARIO
Schema funzionale di una PET
• Motivazione fisica
• Scelte informatiche
• Sviluppi effettuati
• Configura...
PET (Tomografia ad Emissione di Positroni)PET (Tomografia ad Emissione di Positroni)
Strumento di diagnostica oncologica T...
SENSORISENSORI
Coppia gamma Scintillatore Lampo luminoso
PMT
SiPM
Materiale in grado di emettere impulsi
di luce se attrav...
SCELTE INFORMATICHESCELTE INFORMATICHE
Object Oriented
C++ GEANT4
Incapsulamento
Ereditarietà
Polimorfismo
Gestione ad eve...
SVILUPPO DEL SOFTWARESVILUPPO DEL SOFTWARE
• Creazione materiali
• Creazione geometrie
• Creazione superfici
• Creazione m...
MATERIALI SIMULATIMATERIALI SIMULATI
Cristalli di scintillatore
Wavelength [nm]
Yield
Resa di scintillazione dell’LSO
• BC...
GEOMETRIE SIMULATEGEOMETRIE SIMULATE
A BASTONCINO E SANDWICHA BASTONCINO E SANDWICH
A CUBOA CUBO
CsI
LSO
BC408
CsI BGO LSO...
GEOMETRIA A BASTONCINO CON CsIGEOMETRIA A BASTONCINO CON CsI
G4double Scintillator_dim_x = 2.5*cm;
G4double Scintillator_d...
NUMERO DI FOTONI RILEVATI PER EVENTONUMERO DI FOTONI RILEVATI PER EVENTO
2
2
1
)(





 −
−
⋅= d
cx
ebxf
Numero di f...
TEMPO DI ARRIVO DEL PRIMO FOTONETEMPO DI ARRIVO DEL PRIMO FOTONE
Tempo di arrivo del primo fotone
Time [ps]
Counts
Counts
...
TABELLA DEI RISULTATITABELLA DEI RISULTATI
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
0.36
1
1
1
1
1
1
1
1
1
g...
INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI
0.36
0.36
0.36
geoeff.
γ
γ
γ
particl
e
0,0760,40815,1199,3215,9...
PROSPETTIVEPROSPETTIVE
• Test protoni OK
• Test gamma OK
• Test protoni OK
• Test gamma OK
• Bastoncino OK
• Bastoncino co...
PROSPETTIVEPROSPETTIVE
Campo
fisico-applicativo
Campo
medico-oncologico
Ingegneria
del software
Simulazione di svariate ge...
FINEFINE
Ringraziamenti
• Dott. Paolo Finocchiaro
• Prof. Michele Malgeri
• I LNS-INFN per l’ospitalità
Grazie per la cort...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Presentazione tesi: "Un simulatore in C++ basato su GEANT4 per lo studio di sensori nella Tomografia ad Emissione di Positroni (PET)"

828 views

Published on

Presentazione tesi di laurea di Fabio Salamone

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
828
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
12
Actions
Shares
0
Downloads
2
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Presentazione tesi: "Un simulatore in C++ basato su GEANT4 per lo studio di sensori nella Tomografia ad Emissione di Positroni (PET)"

  1. 1. Università degli Studi di Catania Facoltà di Ingegneria – Corso di Laurea in Ingegneria Informatica UN SIMULATORE IN C++ BASATO SU GEANT4 PER LO STUDIO DI SENSORI NELLA TOMOGRAFIA AD EMISSIONE DI POSITRONI UN SIMULATORE IN C++ BASATO SU GEANT4 PER LO STUDIO DI SENSORI NELLA TOMOGRAFIA AD EMISSIONE DI POSITRONI Tesi di Laurea Fabio Vincenzo Salamone Relatori: Prof. Michele Malgeri Dott. Paolo Finocchiaro
  2. 2. SOMMARIOSOMMARIO Schema funzionale di una PET • Motivazione fisica • Scelte informatiche • Sviluppi effettuati • Configurazioni • Risultati • Prospettive • Conclusioni • Motivazione fisica • Scelte informatiche • Sviluppi effettuati • Configurazioni • Risultati • Prospettive • Conclusioni
  3. 3. PET (Tomografia ad Emissione di Positroni)PET (Tomografia ad Emissione di Positroni) Strumento di diagnostica oncologica Tecnica di medicina nucleare • Immagini tridimensionali • Mappe processi funzionali • Immagini tridimensionali • Mappe processi funzionali FUNZIONAMENTO DELLA PETFUNZIONAMENTO DELLA PET • Iniezione isotopo tracciante (FDG) • Decadimento isotopo ed emissione positrone • Annichilazione positrone-elettrone • Produzione coppia raggi gamma da 511 keV • Rivelazione coppia di gamma tramite sensori • Iniezione isotopo tracciante (FDG) • Decadimento isotopo ed emissione positrone • Annichilazione positrone-elettrone • Produzione coppia raggi gamma da 511 keV • Rivelazione coppia di gamma tramite sensoriTipica PET in ambito medico
  4. 4. SENSORISENSORI Coppia gamma Scintillatore Lampo luminoso PMT SiPM Materiale in grado di emettere impulsi di luce se attraversato da fotoni ad alta energia (raggi gamma da 511 keV) Set di cristalli di BGO Direzione gamma Configurazione logica dei sensori sviluppati in questa tesi Scintillatore SilicioVetro
  5. 5. SCELTE INFORMATICHESCELTE INFORMATICHE Object Oriented C++ GEANT4 Incapsulamento Ereditarietà Polimorfismo Gestione ad eventi Passaggio di particelle attraverso la materia C++ E GEANT4C++ E GEANT4
  6. 6. SVILUPPO DEL SOFTWARESVILUPPO DEL SOFTWARE • Creazione materiali • Creazione geometrie • Creazione superfici • Creazione materiali • Creazione geometrie • Creazione superfici • Impostazione processi fisici• Impostazione processi fisici • Gestione eventi• Gestione eventi• Salvataggio risultati • Elaborazione risultati • Salvataggio risultati • Elaborazione risultati 11 22 3344
  7. 7. MATERIALI SIMULATIMATERIALI SIMULATI Cristalli di scintillatore Wavelength [nm] Yield Resa di scintillazione dell’LSO • BC408 (Plastic Scintillator) • BGO (Bismuth Germanate) • LSO (Lutetium Oxy-Orthosilicate) • CsI (Caesium Iodide) Scintillator 3302,1100001,58 40030090002,15 5040260001,82 351000500001,8 Abs. Length [cm] Decay time [ns] Scint. Yield [phot/MeV] Refractive Index
  8. 8. GEOMETRIE SIMULATEGEOMETRIE SIMULATE A BASTONCINO E SANDWICHA BASTONCINO E SANDWICH A CUBOA CUBO CsI LSO BC408 CsI BGO LSO CsI-BC408 BGO-BC408 LSO-BC408 BAST. E SANDWICH CORTO (λ)BAST. E SANDWICH CORTO (λ) CsI-BC408 BGO-BC408 LSO-BC408 CsI BGO LSO
  9. 9. GEOMETRIA A BASTONCINO CON CsIGEOMETRIA A BASTONCINO CON CsI G4double Scintillator_dim_x = 2.5*cm; G4double Scintillator_dim_y = 1.75*mm; G4double Scintillator_dim_z = 1.75*mm; G4double Scintillator_pos_x = 0.*cm; G4double Scintillator_pos_y = 0.*cm; G4double Scintillator_pos_z = 0.*cm; G4ThreeVector Scintillator_position = G4ThreeVector (Scintillator_pos_x, Scintillator_pos_y, Scintillator_pos_z); G4Box* Scintillator_box = new G4Box("Scintillator_box", Scintillator_dim_x, Scintillator_dim_y, Scintillator_dim_z); Scintillator_log = new G4LogicalVolume(Scintillator_box, CsI, "Scintillator_log"); Scintillator_phys = new G4PVPlacement(0, Scintillator_position, Scintillator_log, "Scintillator", experimentalHall_log, false, 0); G4double Scintillator_dim_x = 2.5*cm; G4double Scintillator_dim_y = 1.75*mm; G4double Scintillator_dim_z = 1.75*mm; G4double Scintillator_pos_x = 0.*cm; G4double Scintillator_pos_y = 0.*cm; G4double Scintillator_pos_z = 0.*cm; G4ThreeVector Scintillator_position = G4ThreeVector (Scintillator_pos_x, Scintillator_pos_y, Scintillator_pos_z); G4Box* Scintillator_box = new G4Box("Scintillator_box", Scintillator_dim_x, Scintillator_dim_y, Scintillator_dim_z); Scintillator_log = new G4LogicalVolume(Scintillator_box, CsI, "Scintillator_log"); Scintillator_phys = new G4PVPlacement(0, Scintillator_position, Scintillator_log, "Scintillator", experimentalHall_log, false, 0); Esempio di configurazione a bastoncino prima e dopo l’esecuzione della simulazione
  10. 10. NUMERO DI FOTONI RILEVATI PER EVENTONUMERO DI FOTONI RILEVATI PER EVENTO 2 2 1 )(       − − ⋅= d cx ebxf Numero di fotoni rivelati per evento (dati) N. photons Counts Counts N. photons Fit con una funzione gaussiana b c d
  11. 11. TEMPO DI ARRIVO DEL PRIMO FOTONETEMPO DI ARRIVO DEL PRIMO FOTONE Tempo di arrivo del primo fotone Time [ps] Counts Counts Time [ps] Fit con una funzione gaussiana/esponenziale       ⋅⋅ ⋅ = − −      − −       − − τ fx d fc d cx eeb eb xf 2 2 2 1 2 1 )( se x<f se x>f b c f d τ
  12. 12. TABELLA DEI RISULTATITABELLA DEI RISULTATI 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 0.36 1 1 1 1 1 1 1 1 1 geoeff. γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ γ p p p particl e 0,0760,40815,1199,3215,91092,02008,9175,1446,15,3448,00.35x0.35x1.2BGO-BC408 0,0450,32324,2542,6265,9117,1184,849,4202,447,4215,60.35x0.35x1.2LSO-BC408 0,0460,19662,11350,8125,9773,61385,7161,5450,935,2469,70.35x0.35x2.5CsI-BC408 0,0750,41813,6181,9245,31222,02133,6310,3558,84,8604,00.35x0.35x1.2BGO 0,0440,33122,6518,9291,9127,0188,765,4217,642,9240,30.35x0.35x1.2LSO 0,0430,20255,41283,5145,2827,21432,5221,8503,432,7530,00.35x0.35x2.5CsI 0,0890,61111,9133,1410,61504,82764,8244,8808,45,8886,00.35x0.35x5BGO-BC408 0,0680,48419,4284,6498,5194,5293,995,1487,043,4517,70.35x0.35x5LSO-BC408 0,0520,21245,5879,3185,81042,21895,5188,8625,234,8644,00.35x0.35x5CsI-BC408 0,0960,64110,4108,3489,41828,63278,8378,4962,24,8935,00.35x0.35x5BGO 0,0710,50918,7262,8544,2208,6311,6105,7503,340,3539,10.35x0.35x5LSO 0,0540,23243,9813,0210,51087,11948,0226,2685,032,7711,30.35x0.35x5CsI 0,0610,64418,5305,283,3794,71450,0139,3665,63,6624,00.35x0.35x5BGO 0,0410,46229,6729,393,3111,0146,275,8447,021,5486,30.35x0.35x5LSO 0,0330,21275,42252,733,6532,8896,6169,0600,721,6580,00.35x0.35x5CsI 0,0280,93337,01333,6502,473,279,566,9433,0104,1489,25x5x5LSO ///////////5x5x5BC408 0,0170,69268,84004,2401,4322,8457,2188,4614,5119,2692,15x5x5CsI 0,0270,99635,51313,2559,461,282,240,1429,6148,1449,25x5x5LSO 0,0341,00029,2848,4273,616,919,414,4338,7492,3349,45x5x5BC408 0,0160,99561,43948,4646,9245,2377,9112,5573,7195,0607,25x5x5CsI resol. (sigma / avg.) photo- peak eff. sigmaavg.ampl. (tau + sigma) / 2 tausigmaavg.amploffset geometry [cm] scintillator N. PHOTONSTIMESENSOR PROPERTIES
  13. 13. INTERPRETAZIONE DEI RISULTATIINTERPRETAZIONE DEI RISULTATI 0.36 0.36 0.36 geoeff. γ γ γ particl e 0,0760,40815,1199,3215,91092,02008,9175,1446,15,3448,00.35x0.35x1.2BGO-BC408 0,0450,32324,2542,6265,9117,1184,849,4202,447,4215,60.35x0.35x1.2LSO-BC408 0,0460,19662,11350,8125,9773,61385,7161,5450,935,2469,70.35x0.35x2.5CsI-BC408 resol. (sigma / avg.) photo- peak eff. sigmaavg.ampl. (tau + sigma) / 2 tausigmaavg.amploffset geometry [cm] scintillator n sigmaampl epp π2 ... ⋅⋅ = avg sigma res = 11 11 22 (tau + sigma) / 2: risoluzione temporale larghezza della distribuzione del tempo di arrivo del primo fotone efficienza di fotopicco: probabilità di interazione tramite effetto fotoelettrico il gamma rilascia tutta la sua energia dentro lo scintillatore risoluzione: minima variazione apprezzabile del numero di fotoni che possono essere rivelati indeterminazione della misura di energia 22
  14. 14. PROSPETTIVEPROSPETTIVE • Test protoni OK • Test gamma OK • Test protoni OK • Test gamma OK • Bastoncino OK • Bastoncino corto OK • Bastoncino OK • Bastoncino corto OK • Sandwich OK• Sandwich OK SANDWICH CORTO Risultati promettenti dal punto di vista temporale SANDWICH CORTO Risultati promettenti dal punto di vista temporale SiPMSiPM
  15. 15. PROSPETTIVEPROSPETTIVE Campo fisico-applicativo Campo medico-oncologico Ingegneria del software Simulazione di svariate geometrie e materiali con risparmio di risorse umane ed economiche Simulazione di svariate geometrie e materiali con risparmio di risorse umane ed economiche
  16. 16. FINEFINE Ringraziamenti • Dott. Paolo Finocchiaro • Prof. Michele Malgeri • I LNS-INFN per l’ospitalità Grazie per la cortese attenzione!

×