till sohier, mélodie munier, jean-marc jung, rémi barillon...

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Till SOHIER , Mélodie MUNIER, Jean-Marc JUNG, Rémi BARILLON, Hubert GRESS, Mauricio TORRES, Quentin RAFFY Université de Strasbourg et Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien Département de Recherches en Subatomiques Laboratoire de Chimie Nucléaire

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Till SOHIER, Mélodie MUNIER, Jean-Marc JUNG, Rémi BARILLON, Hubert GRESS, Mauricio TORRES, Quentin RAFFY

Université de Strasbourg et Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien

Département de Recherches en Subatomiques

Laboratoire de Chimie Nucléaire

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• GOAL:

Improvement of the Linear Energy Transfert (LET) measurement in the hadrontherapy field

• Comparison:

Between ionisation chamber (reference method) and fluorescence intensity emission measurement

• Problem:

Direct measurement methods are not reliable because of the high noise and saturation of the photodetectors

• Solution:

Time correlated single photon counting (TCSPC) method

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Summary

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Experimental methods: Time correlated single photon counting (TCSPC) method

Impulsion de

synchronisation

Détection

d’un photon

t = t1-t0

temps

Résultat après

plusieurs évenements

Forme typique

d’un déclin

3

PM2

PM1

E

PM: photomultiplicateur CTA: convertisseur temps-amplitude AMC: analyseur multicanal

excitation

ionisation

Logarith

mic

scale

Time (nanosecond)

Fluorescence decay

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Fluorescent Samples

4

Polyéthylène téréphtalate (PET) [Goodfellow©]

Polyvinyltoluene (PVT) [Bicron©]

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• Experiments were lead at the Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba (HIMAC) of the National Institute of Radiobiological Sciences (NIRS).

Fluorescence measurement for several LET : Protocols

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Fluorescence measurement for several LET : Protocols

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Fluorescence measurement for several LET : Protocols

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Sensitivity

• Reference method: gives the result directly in Grays • Can be considered as an absolut measurement method

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Fluorescence intensity measurement for several LET : Results

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• Normalized to irradiation time

Fluorescence decays at different LET

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Fluorescence measurement for several LET : Results

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Irradiation under carbon beam of 290 MeV/u

PMMA Thickness (mm)

LET (

arb

itra

ry u

nits)

PET under Carbon beam

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Fluorescence measurement for several LET : Results

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Irradiation under hélium beam of 150 MeV/u

LET (

arb

itra

ry u

nits)

PMMA Thickness (mm)

PVT under Helium beam

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Results summary

• TCSPC measurement method is more sensitive than the ionisation chamber for carbon and helium

• TCSPC method seems to show higher LET sensitivity than predicted by the Bethe-Block formula with carbons

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Measurement method

Direct measure

Ionisation Chamber

SRIM TCSPC

Sensitivity carbon

2,44 4,91 7,27 11,4

Sensitivity helium

3,79 6,38 4,52

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Discussion

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I(t)

t

facteur 10

facteur 1000

à 10 000

• TCSPC avoids saturation through statiscal reconstruction of the fluorescence decay

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Conclusion

• TCSPC measurement methods avoids the intrinsic Photomultiplier noise

Noise is not correlated in coïncidence method

• better sensivity in comparison to the traditional method (ionisation chamber)

Because Fluorescence takes also in account the excitation in the medium

• This method can also be used to measure, at high resolution, the dose rate of X and gamma rays.

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