Perchè iniziare un lavoro di simulazione Codice scelto 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. Perchè iniziare un lavoro di simulazione Codice scelto Simulazione del rivelatore e della linea Validazione per confronto con dati sperimentali Laboratori Nazionali del Sud (INFN) Catania, ITALY & INFN Sezione di Genova

Trattamento del melanoma della coroide e dell’iride 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 Italia G.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN , Catania

Curva di Bragg per un fascio di protoni da 200 AMeV Il vantaggio dell’utilizzo dei protoni nella radioterapia rispetto altri tipi di radiazioni, risiede nella favorevole distribuzione di dose nei tessuti G.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN , Catania

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 G.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN , Catania

Aspetti legati alla progettazione della linea di trasporto di fascio 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 la misura ( ex. vicino organi critici del paziente inserendo anche immagini TAC ); Interesse nell’iniziare un lavoro di simulazione Monte Carlo capace di simulare interamente la linea di fascio e riprodurne le distribuzioni di dose rilasciate It’s impossible to conceive a modern detector w/o simulation Rossi and Greisen 1941, Rev. Mod. Phys. 13:240

GEANT4 /C++ Tool di simulazione scelto: 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

GEANT4 /C++ 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; G.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN , Catania

SVILUPPO DELLA NOSTRA APPLICAZIONE GEANT4/C++: hadronTherapy.cc 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; Validazione del rivelatore (confronto con dati di letteratura); Simulazione e validazione della linea completa (confronto con i dati sperimentali disponibili); G.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN , Catania

VALIDAZIONE DEL RIVELATORE SIMULATO Confronto Geant4 - ICRU Rivelatori immersi in acqua sull’asse del fascio G.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN , Catania

Validazione del rivelatore simulato

VALIDAZIONE DELLA LINEA G.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN , Catania VALIDAZIONE DELLA LINEA Confronto Geant4 - dati sperimentali

Package basse energie + fisica adronica VALIDAZIONE DELLA LINEA Package basse energie + fisica adronica Differenze al di sotto del 3% anche sul picco G.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN , Catania

Sistema di diffusione del fascio SIMULAZIONE DI UN PARTICOLARE Sistema di diffusione del fascio G.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN , Catania

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 % G.A.P. Cirrone Laboratori Nazionali del Sud – INFN , Catania

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;

TOOL PER STUDIARE NUOVE LINEE PER FUTURI PROGETTI ADROTERAPICI CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI 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