TEST PRELIMINARI SULL’IMPIEGO DEL TOOLKIT GEANT4 IN CAMPO MEDICO S. Garelli1, S. Agostinelli1, M. Bevegni1, F. Foppiano1, G. Paoli1, M. G. Pia2, M. Tropeano3, L. Andreucci1 1 Fisica Medica - Istituto Nazionale per la Ricerca sul Cancro di Genova 2 INFN e Dipartimento di Fisica di Genova 3 Dipartimento di Fisica di Genova

GEANT4 Geant4 fornisce vari feature rilevanti per applicazioni mediche È un Object Oriented Toolkit per la simulazione Montecarlo del passaggio di particelle nella materia Trasparenza della fisica Funzionalità avanzate per geometria, fisica, visualizzazione etc. Estensibile in modo da soddisfare le richieste utenti grazie alla tecnologia OO Adotta standard ove siano disponibili (de jure o de facto) Usa librerie di dati di nota fama Quality Assurance basato su solido software engineering Soggetto a validazione indipendente da parte della larga comunità mondiale di utenti Supporto utente mantenuto da una organizzazione internazionale di esperti Geant4 fornisce vari feature rilevanti per applicazioni mediche

GEANT4 Low Energy Electromagnetic Physics fino a 250 eV per elettroni e fotoni basato sulle librerie di dati LLNL comprende gli effetti di shell Il pacchetto Geant4 Low Energy Electromagnetic estende il supporto delle interazioni fisiche fino a ~ 1 keV per adroni e ioni Bethe-Block sopra 2 MeV parametrizzazioni Ziegler e ICRU (con dipendenza dai materiali) modello “free electron gas” modello “quantal harmonic oscillator” dipendenza dalla carica (effetto Barkas) Ulteriori estensioni sono allo studio Rilevante per applicazioni mediche, spaziali, astrofisiche etc.

Test del coefficiente / Scopo dei nostri test è stato simulare per un fascio monocromatico di fotoni l’andamento del coefficiente di attenuazione massico al variare: dell’energia del fascio, del materiale in cui avviene l’attenuazione, della presenza del pacchetto Low Energy.

Set-up considerato Una sorgente puntiforme emette  di energia E nella direzione x Il fascio di fotoni è attenuato da uno spessore d di materiale arbitrario La parte non attenuata del fascio viene rivelata da un detector D in condizioni di buona geometria

Test effettuati Materiali considerati: Range energetico considerato: acqua piombo ferro Range energetico considerato: 10 keV - 1 MeV Confronto con i dati tabulati dal NIST - National Institute of Standards and Technology Considerato sia il modello standard sia il pacchetto Low Energy

Risultati: / in acqua con il modello standard 28/03/2017 Risultati: / in acqua con il modello standard max err = 16 %

Risultati: / in acqua con il pacchetto Low Energy 28/03/2017 Risultati: / in acqua con il pacchetto Low Energy max err = 1 %

Risultati: / in ferro con il modello standard 28/03/2017 Risultati: / in ferro con il modello standard max err = 8 %

Risultati: / in ferro con il pacchetto Low Energy 28/03/2017 Risultati: / in ferro con il pacchetto Low Energy max err = 1 %

Conclusioni Geant4 si è rivelato un toolkit Montecarlo moderno, semplice da utilizzare e molto potente. Abbiamo verificato che il pacchetto Low Energy consente di simulare correttamente (max err = 1%) l’attenuazione fotonica sino ad almeno 10 keV per una ampia serie di materiali. La nostra esperienza consente di guardare a Geant4 come ad un valido tool per simulazioni di applicazioni mediche.