Treatment Planning in Proton Therapy using VPatient 3D and Monte Carlo Simulation

La radioterapia è una terapia medica che si erge sull’utilizzo delle radiazioni ionizzanti per il trattamento di masse tumorali. Essa si è evoluta nel tempo sia dal punto di vista dei campi applicativi che dal punto di vista tecnologico, ovvero nell’ottimizzazione del trattamento e nell’utilizzo di particelle più efficienti, come i protoni e gli ioni carbonio. La sua prescrizione si fonda su una serie di passaggi eseguiti da medici e tecnici specialisti che ne definiscono l’adeguatezza nel caso specifico da trattare. La seguente tesi si occupa innanzitutto di esplicare le basi teoriche della radioterapia, dalla definizione di radiazione sino al concetto di cellula e pone una particolare attenzione sulla loro interazione e sugli effetti che derivano da questa. In collaborazione con l’azienda I-See Computing sono stati approfonditi gli aspetti più tecnici che si celano dietro la protonterapia, come la programmazione, la modellazione e l’ottimizzazione di un piano di trattamento radioterapico. Tutto ciò è stato possibile grazie al paziente virtuale VPatient 3D sviluppato dalla I-See in collaborazione con il National Institute of Nuclear Physics. Il primo accento è stato posto sul processo di generazione di immagini CT artificiali, il quale è costituito da due fasi, nella prima fase viene modellato il tumore all’interno del VPatient e nella seconda fase il software genera le immagini delle sezioni del tumore. Il lavoro svolto nella seguente tesi riguarda l’elaborazione delle immagini CT migliorandone il contrasto ed effettuando dei controlli di qualità. Tra le altre applicazioni offerte dall’I-See Computing troviamo 4SeePlan, sistema di pianificazione del trattamento, che permette al privato di poter simulare e ottimizzare online un piano di trattamento tramite il metodo Monte Carlo. In quest’ultimo caso è stato possibile grazie all’interfaccia 4ToGo analizzare le discrepanze che definiscono il divario che si cela tra la Fast Optimization e il Metodo Monte Carlo. Inoltre, è stata effettuata un’analisi sull’effettiva efficienza di una tecnica novizia al mondo della protonterapia, ovvero il trattamento tumorale attraverso più campi di irradiazione.