Protonterapia nel trattamento del tumore prostatico

Obiettivo: Il nostro obiettivo è stato quello di confrontare la tomoterapia (HT) e la protonterapia ad intensità modulata (IMPT) nel trattamento del tumore prostatico, seguendo un protocollo di boost simultaneo (SIB) e moderatamente ipofrazionato. Materiali e metodi: Abbiamo selezionato 8 pazienti, trattati con HT e abbiamo rielaborato i piani con 2 campi IMPT. La dose prescritta è stata di 74 Gy sul PTV1 (prostata e vescicole seminali prossimali), 65.8 Gy sul PTV2 (vescicole seminali distali) e 54 Gy sul PTV3 (linfonodi pelvici). Risultati: Sia con IMPT che con HT abbiamo ottenuto una copertura e una omogeneità di dose del target sovrapponibile. Oltre i 65 Gy, HT e IMPT erano equivalenti per il retto, mentre con l’IMPT c’era maggior risparmio della vescica e del bulbo penieno da 0 a 70 Gy. Da 0 fino a 60 Gy, i valori dosimetrici dell’IMPT erano molto più bassi per tutti gli organi a rischio (OARs), eccetto che per le teste femorali, dove la HT aveva un vantaggio dosimetrico rispetto all’IMPT nel range di dose 25-35 Gy. La dose media agli OARs era ridotta del 30-50% con l’IMPT. Conclusioni: Con le due tecniche di trattamento (HT e IMPT) si ottiene una simile distribuzione di dose nel target. Un chiaro vantaggio dosimetrico dell’IMPT sul HT è ottenuto dalle medie e basse dosi. Le attuali conoscenze sulle relazioni dose-effetto e sul risparmio delle madie e basse dosi con l’IMPT non sono ancora state quantificate dal punto di vista clinico.

Estudo teórico da relação entre número de CT de raios-X e Stopping Power de prótons

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudo teórico da contribuição à dose de partículas secundárias geradas por prótons de energias entre 100 e 200 MeV num Phantom de substituto de tecido MS20

The goal of this project is the reproduction, through the simulation code based on the MCNPX (Monte Carlo N-Particle eXtended) v2.50 method, of the proton beam interaction with the material, since, in proton therapy, only the particle ionization and excitation are analyzed and the occurence of nuclear interactive inelastic process are not considered. This work will help the development of studies concerning the contribution to the total dosis of secondary particles generated by nuclear interaction in proton therapy. They are: alpha particles ( ), deuterium(2H), tritium (3H), neutron (n) and helium (3He). A MS20 tissue substitute phantom was used as the target and the energy of the proton beams was within an interest range of 100 to 200MeV. With the results obtained, it was possible to generate graphics which allows the analysis of the dosis deposition relation with and without nuclear interaction, the percentage of secondary particles deposited dosis, the radial dispersion of neutrons in the material, the secondary particles multiplicity, as well as the relation between the secondary particles spectrum with the próton generated spectrum

Análise da viabilidade de simulações com feixes de prótons de 150MeV em alvos heterogêneos

A protonterapia é um tipo de tratamento promissor quanto a diminuição de dose nos tecidos adjacentes ao tumor, devido às suas característica de deposição de energia ao interagir com a matéria. Para aumentar a acurácia do tratamento é necessário que as simulações sejam feitas a partir de um sistema de formação de imagem que utilize também um feixe de prótons, como a tomografia por feixe de prótons (pCT). Essa área atualmente está em desenvolvimento e se defronta com inúmeros problemas na formação de uma imagem precisa. Este trabalho tem o intuito de analisar a viabilidade de simulações computacionais para este tipo de feixe. O código computacional SRIM é um conjunto de programas que calcula o freamento e o alcance de íons ao interagir com a matéria. Esse cálculo baseia-se em ferramentas oriundas da mecânica quântica e também no método de Monte Carlo, para determinar, de modo probabilístico, trajetórias, colisões e ângulos. Foram realizadas simulações no programa SRIM para um alvo heterogêneo envolvendo água e osso cortical. Para analisar o comportamento do feixe transmitido, foram feitas alterações na posição e no tamanho da heterogeneidade. A partir dos dados obtidos pode-se obter valores médios, histogramas e gaussianas dos mesmos para cada simulação e tirar conclusões sobre a viabilidade e as dependências desse tipo de simulação

Estudo teórico da contribuição a dose de partículas secundárias geradas por prótons de energias entre 100-200 MeV num phantom de músculo estriado

In the treatment plans in conventional Proton therapy are considered only the elastic interactions of protons with electrons and/or nuclei, it means, mainly ionization and coulomb excitation processes. As the energy needed to reach the deep tumors should be of several hundred of MeVs, certainly the nuclear inelastic channels are open. Only some previous studies of the contribution of these processes in the full dose have been made towards targets composed of water. In this study will be presented the results of the simulation of the processes of interaction of beams of protons in the range of 100-200 MeV of energy with a cylindrical phantom composed by striated muscle (ICRU), emphasizing in the contribution to total dose due to the deposition of energy by secondary particles alpha (α), deuterium (2H), tritium (3H), neutron (n) and hélio3 (3He), originated by nuclear inelastic processes. The simulations were performed by using the method of Monte Carlo, via the computer code MCNPX v2.50 (Monte Carlo N-Particle eXtended). The results will be shown demonstrated through the graphics of the deposited dose with or without nuclear interaction, the percentual of dose deposited by secondary particles, the radial dispersion of neutrons, as well as the multiplicity of secondary particles

Estudo teórico da contribuição à dose de partículas secundárias geradas por Prótons de energias entre 100 e 200 MeV num Phantom de osso cortical

In proton therapy, the deposition of secondary particles energy originated by nuclear inelastic process (n, 2H, 3H, 3He and α) has a contribution in the total dose that deserves to be discussed. In calculations of plans implemented for routine treatment, the paid dose is calculated whereas the proton loses energy by ionization and or coulomb excitement. The contribution of inelastic processes associated with nuclear reactions is not considered. There are only estimates for pure materials or simple composition (water, for example), because of the difficulty of processing targets consisting of different materials. For this project, we use the Monte Carlo method employing the code MCNPX v2.50 (Monte Carlo N-Particle eXtended) to present results of the contribution to the total dose of secondary particles. In this work, it was implemented a cylindrical phantom composed by cortical bone, for proton beams between 100 and 200 MeV. With the results obtained, it was possible to generate graphics to analyze: the dose deposition relation with and without nuclear interaction, the multiplicity and percentage of deposited dose for each secondary particle and a radial dispersion of neutrons in the material

Estudo teórico da contribuição a dose de partículas secundárias geradas por prótons de energias entre 100-200 MeV num phantom de osso compacto

The contribution of the total dose due to deposition of secondary energy particles caused by nuclear inelastic processes (n, 2H, 3H, 3He and  ) in proton therapy is an opened problem and in discussion. In the calculations of plans implemented for routine treatment, the paid dose is calculated whereas that the proton loses energy by ionization and or coulomb excitement. The contribution of inelastic processes associated with nuclear reactions is not considered, mainly due to the difficulty of processing targets consisting of various materials. In this sense, there are only estimates for pure materials or simple composition (water, for example).This work presents the results of simulations by the Monte Carlo method employing the code MCNPX v2.50 (Monte Carlo N-Particle eXtended) of the contribution to the total dose of secondary particles. The study was implemented in a cylindrical phantom composed by compact bone, for monochromatic beams of protons between 100 and 200 MeV with pencil beam form

Adroterapia: principi e applicazioni

In adroterapia vengono usati fasci di ioni (protoni e ioni carbonio) per il trattamento di tumori profondi; queste particelle possiedono molti vantaggi rispetto ai fotoni utilizzati nella radioterapia convenzionale. Il profilo dose-profondità di questi ioni è caratterizzato da una bassa dose nel canale di entrata e da un massimo molto pronunciato (picco di Bragg) nei pressi della fine del loro percorso: poiché l’ascissa di tale massimo dipende dall’energia del fascio, essa può essere cambiata semplicemente variando tale parametro. Inoltre, grazie alla carica elettrica posseduta da queste particelle, è possibile controllare sempre meglio anche le restanti due dimensioni riuscendo ad indirizzare il fascio sul target con precisione notevole riuscendo così a risparmiare i tessuti sani e le strutture critiche del nostro organismo. Mentre la protonterapia, grazie ai quasi cinquanta centri attualmente in funzione, sta diventando uno dei trattamenti standard per la cura dei tumori più difficili, la terapia con ioni carbonio è ancora ristretta a meno di dieci strutture, una delle quali è il CNAO con sede a Pavia. L’utilizzo di ioni carbonio presenta ulteriori vantaggi rispetto ai protoni, tra i quali un picco di Bragg con una larghezza minore e un diverso effetto radiobiologico: ciò rende gli ioni carbonio l’unica opzione praticabile nel trattamento di tumori radioresistenti. Questo lavoro è una rassegna dei sistemi e dei metodi utilizzati in adroterapia e del loro sviluppo: se ne evince che l’ostacolo maggiore alla diffusione di questa pratica è rappresentato dall’elevato costo del trattamento. La Sezione di Bologna dell’INFN e il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Bologna possiedono competenze relativamente a diverse tecnologie avanzate, tra cui il progetto per acceleratori "tascabili", che potrebbero ridurre drasticamente il costo della terapia. In tale ambito, la presente tesi costituisce uno studio preliminare alla costituzione di un gruppo di ricerca sull’adroterapia a Bologna in piena collaborazione con altre Sezioni dell’INFN, con le Divisioni di Radioterapia ospedaliere e con altre realtà nazionali ed internazionali.