Sviluppo Sonda - collamaf/SimDaVinci GitHub Wiki
Sviluppo Sonda
Last update: 13-04-2021
Anche se formalmente le attività di sviluppo della sonda non hanno più alcun "cappello" INFN, ci sono ancora delle attività che vanno avanti con varia velocità e costanza:
1 - Sonda Open
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Da anni oramai la struttura fondante della "sonda open" è cristallizzata:
- Cristallo di pter diametro 6 mm e altezza 3 mm
- Anello di delrin bianco (per tenuta luce) fino a 8mm
- Anello di PVC (per schermatura e supporto) fino a 12 mm
- Strato di 15um di Alluminio davanti
- SiPm 3x3 mm al centro
- Soglia impostata a 6mV
2 - Sonda Drop-in
- La sonda "drop-in" condivide la stessa parte attiva della sonda open, ma in un case appunto "drop-in"
- Per i test ex-vivo in particolare abbiamo usato un case stampato 3d in plastica dai colleghi olandesi, avendoci attaccato davanti con lo scotch l'intero "blocco rivelatore" della sonda open (PTER + delrin + PVC)
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Questo approccio chiaramente non è utilizzabile in caso in-vivo, per il quale va pensato un setup che sia
- Resistente ai liquidi
- Bio compatibile
- Reistente ad ogni sollecitazione "meccanica"
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Per lo sviluppo di questa sonda in vista test in-vivo con 68Ga si veda l'apposita pagina "verso l'In Vivo"
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Prima di andare in vivo, dobbiamo avere la certezza che le performance delle sonde di massimo siano compatibile con quelle delle nostre che abbiamo usato per i test ex-vivo e di laboratorio alla base degli studi di applicabilità
Confronto fra le sonde:
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3-02-2021 @Segrè:
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Abbiamo effettuato il confronto fra le due sonde “open”, quella di Silvio e quella di Massimo (nb: in realtà cristallo e tappo erano esattamente lo stesso, per la nota penuria di pterf., ma questo ci ha consentito di fattorizzare tutti gli effetti di elettronica, che erano quelli più da verificare). I risultati sono nel file excel (
/Users/chicco/Documents/NewLife/Sonda/Dati/MisureSondaMorelli2021.xlsx) da cui il grafico.
- C’è un accordo sostanzialmente buono in tutte le configurazioni di assorbitore (anche quello peggiore in realtà si tratta di un ~3CPS di differenza). Questo ci dà la “ragionevole certezza” che abbiamo trovato un punto di lavoro della sonda di Massimo che la rende sostanzialmente equivalente alla nostra.
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Next Steps:
- Massimo salva questo punto di lavoro, così da non doverlo cercare mai più.
Altri aspetti fondamentali da chiarire / tener presente
- Bio Compatibilità dei Materiali
- Abbiamo verificato che il materiale utilizzato da Massimo (stampante 3d “protesica”) risulta biocompatibile di “classe 1”, che significa che *“è compatibile con applicazioni temporanee a contatto col paziente”
- Ci siamo interrogati un po’ su questa definizione di “temporaneamente”, però alla fine della fiera è compito dell’ente certificante dire che il materiale utilizzato è adatto all'intended use
- Il filo pure è di materiale certificato
- Resistenza del Grip alla Presa “Da Vinci”
- Abbiamo concordato che sentiremo i ginecologi del gemelli, interessatissimi nella sonda drop-in, per avere una finestra di test con un braccio Da Vinci “avanzato” (ovviamente fuor di chirurgia): ci servirà per verificare la resistenza del grip, conditio sine qua non
- Next step: Francesco ha contattato il Gemelli per chiedere se è possibile ottenere un braccio Da Vinci
- Sterizzabilità della Sonda
- Massimo nella certificazione ha dichiarato che la sonda si sterilizza tramise il metodo STERRAD “gas-plasma”, a 40°. Questa è una tecnica che lui dice essere oramai diffusa negli ospedali. L’idea è che la sonda potrebbe essere usata in questo modo “più di una volta” (magari ~<4?), poi uno rifà il cappuccio (le componenti interne invece sarebbero salvate)
- Next step: Massimo scrive subito a Torino per avere conferma che sia disponibile questo macchinario
- Ingenierizzazione Sonda Drop-in
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Qui abbiamo elencato alcuni punti aperti:
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PTERFENILE: Problema più grande. Ne abbiamo pochi e già “impacchettati”, che non entrano banalmente dentro la dropin di massimo. Tre possibilità:
- A) Si usa cubetto 4x4x3mm di PTER direttamente incastrato nel case dropin. Pro: facilità realizzativa. Contro: dimensione inferiore, conterà di meno
- B) Silvio toglie il PVC all’anello diametro 6 altezza 4. Se sopravvive (il PTER, non silvio:D) poi lo lappa verticalmente per tornare a 3mm (dimensione “ideale” per Ga). Pro: soluzione finale nota ed efficiente. Contro: non banale realizzazione
- C) Silvio “gratta” con pazienza un nuovo PTER da 10mm fino a ~7, e lo include in un anello di PVC bianco che sarà poi inserito nella dropin (quindi diamtero <8.40mm). Pro: massima efficienza essendo più grande. Contro: lavoro lungo e non facile
- Nel frattempo Massimo cerca di progettare un case dropin della stessa dimensione esterna ma che riesca ad alloggiare un PTER più grande (~10mm)
- Ultimi aggiornamenti:
- 4-02-21:
- Silvio è riuscito a rimuovere dall'"esoscheletro" il cristallo 5x3
- Ora dobbiamo incapsularlo in un anello che abbia diametro massimo di 8.4mm in modo da poterlo accoppiare alla sonda drop-in di massimo
- 4-02-21:
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COPERTURA FRONTE SONDA: Il prototipo attuale ha uno strato di plastica del case di ~800um: regge ma è troppo spesso (misurando a occhio e croce smezza la rate), soluzione non intelligente
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Silvio ha provato (5-02-21) a grattugiare questo strato di plastica davanti:
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In 5 step su carta abrasiva da carrozziere è sceso fino a 450 um, dove lo strato di plastica però diventa totalmente trasparente, anche se apparentemente tiene ancora ai liquidi
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Ultimi aggiornamenti:
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10-02-21:
- Grazie al Monte Carlo abbiamo studiato l'effetto di vari strati di plastica sui conteggi:
- Fondamentalmente anche appena 400um di plastica (meno di quanto ottenuto finora) ammazzano parecchio segnale, oltre far passare la luce
- Potrebbe però essere un sacrificio necessario e inevitabile, sperando che l'elevato end point del Ga68 salvi l'efficacia della sonda...
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26-02-21:
- Matthias mi ha scritto che in olanda sono in grado di fare strati fino a 100um di PEEK (una plastica nera)
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Sicuramente questa plastica non sarebbe opaca, ma nemmeno le altre lo sono e il problema andrebbe risolto lo stesso (foglio nero dentro) - Sarebbe quindi sulla carta una ottima soluzione per la sonda per fluoro! (dove non possiamo permetterci temo di uccidere il 30% del segnale)
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1-3-21:
- Abbiamo comunicato a Morelli questa cosa del 100um di PEEK, e si è detto interessato, indagherà lato suo
- Nel frattempo abbiamo chiesto qualche dettaglio in più a Matthias, e buttato là se vede possibile qualche forma di collaborazione scientifica (cioè "senza esborso" da parte di MM)
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8-03-21:
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Morelli si è triggerato su questa cosa del PEEK da 100um, e sta lavorando ad una sonda "scavata" nel PEEK, mantenendo cioè la stessa idea di "cappuccio avvitato"
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Silvio ha pensato la struttura interna:
Per instrumentare questo guscio io suggerisco di realizzare un assemblato “definitivo” (cioe’ non pensato facilmente smontabile nei suoi elementi ) la cui corretta realizzazione puo’ essere verificata passo passo. La “supposta” e’ fatta, a partire dalla parte a contatto con il paziente:
- uno/due fogli di film supernero (da verificare quanti) - uno/due strati di Mylar alluminato da 5um (riflettore) - cristallo di pterfenile nel suo holder circolare bianco + nero -SipM nel suo holder
In particolare: Mylar e film supernero sono incollati con colla nera alla parte nera dell’holder del cristallo. (questo evita rientri della luce laterali) L’holder del Sipm e’ incollato sul retro dell’holder del cristallo
La supposta, testata e verificata si inserisce nel guscio.
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10-3-21:
- Dalton ha fatto delle misure di light tightness del foglio nero:
La situazione è la seguente:
Fondo: 1.01 cps
(misurato chiudendo con il pongo nero il foro)
1 Foglio nero: 1.31 - 1.24 cps
2 Fogli neri: 1.48 - 1.31 cps
Come vedete già con 1 Foglio nero abbiamo un valore in cps confrontabile con quello del fondo.
La situazione con 1 e 2 fogli è praticamente invariata.
Ho fatto anche una prova di misura con il setup in misura senza fogli neri tra sonda e foro (giusto per capire se il SiPM prende veramente luce dal foro).
Ho fatto l’acquisizione ad 1 secondo (per non rischiare di rovinare il SiPM) e la risposta dell’elettronica saturava (quindi direi che il potere “coprente” del materiale è veramente molto molto alto).
- Soluzione molto promettente! Resta "solo" da capire come assemblare i vari componenti della sonda
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13-10-21:
- Massimo sta lavorando ai tappetti di PEEK
- Ai 100um ci si deve arrivare a mano
- Silvio propone il "fruttolo":
- Un tutt'uno da infilare dentro il tappo, oggetto "auto consistente", tutto deve poter essere controllato con calma prima
- Piuttosto che col "filetto", la chiusura dietro si potrebbe fare con una colla, visto che tanto la parte preziosa è quella appunto del fruttolo
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Prossimi passi
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Cercare di concretizzare l'approccio "foglio nero + case PEEK":
- Massimo produce cappuccetti in PEEK (ancorché non ancora sottili 100um, ci concentriamo su tutto il resto)
3 - Sonda CMOS
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Negli scorsi anni abbiamo dimostrato che il CMOS potrebbe essere un ottimo elemento attivo per la sonda
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Misure di laboratorio + simulazioni Monte Carlo ci hanno portato ad ottenere quete curve di efficienza:
- Efficienza altissima già a pochi keV sui beta, e 10 volte più bassa di quella della sonda sui gamma
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Il problema è che l'efficienza ai beta è ottima solo senza il filtro ottico di protezione che è presente davanti al CMOS commerciale
- 400um di vetro con densità 2.5 g/cm3
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Dopo numerosi tentativi fallimentari fatti a PG di "grattugiamento manuale", abbiamo mandato N sensori a "grattugiare" in azienda del settore, li abbiamo ora da 0, 50 e 100um
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Perugia sta cercando di fare test su questi sensori
- Prima cosa è capire se sono vivi, e se danno segnali simili a quelli ottenuti prima del grattugiamento
- Poi eventualemente dovrebbero essere fatte misure per verificare se sono vere le previsioni del MC
4 - Sonda Da vinci
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L'idea è quella di "ampliare" la sonda monocanale:
- 6 canali ciascuno con SiPm 3x3mm^2
- Possibilità di differenziare il cristallo in ogni alloggiamento
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Stato attuale:
- Silvio e Riccardo stanno studiando come usare il nuovo braccio robotico per ottenere la cinematica del movimento in modo da correlarla al segnale
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Next steps:
- Caratterizzazione dell’oggetto in funzione della temperatura e con diversi tipi di sorgenti (90Y, 68Ga);
- Implementazione di un sistema di monitoraggio ed eliminazione del fondo di fotoni -> Performance della sonda con scintillatori ad Alto Z;