Applicazioni del Codice di Simulazione Monte Carlo GEANT4
nella Dosimetria di un Centro di Adroterapia
Cirrone G.A.P., Cuttone G., Guatelli S., Lojacono P.A.,Lo Nigro S., Raffaele L., Pia M.G., Sabini M.G.
Laboratori Nazionali del Sud (INFN)Catania, ITALY
&INFN Sezione di Genova
1. Perchè iniziare un lavoro di simulazione
2. Codice scelto
3. Simulazione del rivelatore e della linea
4. Validazione per confronto con dati sperimentali
Il ciclotrone Superconduttore
di Catania è l’unica macchina in Italia utile per applicazioni di
adroterapia
Trattamento del melanoma della
coroide e dell’iride
Circa 300 casi all’anno in ItaliaG.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN ,
Catania
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Il vantaggio dell’utilizzo dei protoni nella radioterapia rispetto altri tipi di radiazioni, risiede nella favorevole distribuzione di dose nei tessuti
Curva di Bragg per un fascio di protoni da 200 AMeV
Stato attuale della linea di protonterapia
dei Laboratori Nazionali del Sud
La terapia con adroni rappresenta ancora una tecnica pionieristica
Ad oggi lo sviluppo di una linea di protonterapia richiede un lungo lavoro sperimentale legato alla mancanza di
adeguati tools di simulazione
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Interesse nell’iniziare un lavoro di simulazione Monte Carlo capace di simulare interamente la linea di fascio e
riprodurne le distribuzioni di dose rilasciate
Tale lavoro riguarda:
•Aspetti legati alla progettazione della linea di trasporto di fascio
Test dei suoi elementi;
Test dei rivelatori;
•Aspetti legati al calcolo delle distribuzioni di dose
Verifica delle distribuzioni di dose anche in condizioni in cui è difficile lamisura ( ex. vicino organi critici del paziente inserendoanche immagini TAC );
It’s impossible to conceive a modern detector w/o simulation
Rossi and Greisen 1941, Rev. Mod. Phys. 13:240
Tool di simulazione scelto:
GEANT4 /C++
• Codice libero e “ trasparente “completamente scaricabile dalla rete www.cern.ch/geant4;
• Utilizzabile su diverse piattaforme (Window, Unix, Sun)
•Basato su tecnologia Object Oriented: facilmente implementabile, anche da più persone separatamente, flessibile, sviluppabile in modo incrementale senza per questo aumementare la complessità del codice;
• Simulazione di qualunque geometria;G.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN , Catania
•Scelta “ trasparente “ di un elevato numero di processi che vanno dalla fisica elettromagnetica delle basse energie a quella adronica;
• Interfacciabile sia per quanto riguarda la parte di visualizzazione che quella di analisi;
•Costantemente aggiornato da circa cento sviluppatori che offrono anche un supporto di tipo tecnico;
•Buona documentazione;
GEANT4 /C++
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Simulazione completa della linea con tutti i suoi elementi, e i due rivelatori adoperati per la misura
della:•Distribuzione di dose in profondità in acqua
( curva di Bragg ): camera a ionizzazione Markus;
•Distribuzione laterale di dose: rivelatore chimico di tipo GAF;
1. Validazione del rivelatore (confronto con dati di letteratura);
2. Simulazione e validazione della linea completa(confronto con i dati sperimentali disponibili);
SVILUPPO DELLA NOSTRA APPLICAZIONE GEANT4/C++: hadronTherapy.cc
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Confronto Geant4 - ICRU
Rivelatori immersi in acqua sull’asse del fascio
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VALIDAZIONE DEL RIVELATORE SIMULATO
Validazione del rivelatore simulato
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VALIDAZIONE DELLA LINEA
Confronto Geant4 - dati sperimentali
Package basse energie +
fisica adronica
Differenze al di sotto del 3% anche sul picco
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VALIDAZIONE DELLA LINEA
Sistema di diffusione del fascio
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SIMULAZIONE DI UN PARTICOLARE
DISTRIBUZIONE LATERALE DI DOSE SPERIMENTALE E SIMULATA ALL’ISOCENTRO
Differenze nelle cadute di dose = 0.5 %
Differenza nella FWHM = 0.5 %
Differenza nella zona omogenea = 2 %
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CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI
•G4 si è rivelato un buon toolkit MC per applicazioni mediche;
•Stiamo acquisendo esperienza per sfruttarne tutte le potenzialità;
•La validazioni su dati sperimentali sta per essere conclusa;
Simulazione del modulatore di energia del fascio
Immagini DICOM
Confronti statistici delle distribuzioni di dose con rivelatori 2D e sistemi di treatment planning
TOOL PER STUDIARE NUOVE LINEE PER FUTURI PROGETTI ADROTERAPICI
•CNA - Pavia
•Centro di Adroterapia - Catania
CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI