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La protonterapia a fasci esterni è una tecnica radioterapica che consiste nell’irradiare un target tumorale con un fascio di protoni. Il grande vantaggio clinico di un tale trattamento, rispetto alla radioterapia tradizionale, risiede nel singolare andamento del profilo di dose depositata all’interno di un tessuto, in funzione della profondità. Quest’andamento prende il nome di curva di Bragg, che è caratterizzata dall’avere un picco di dose rilasciata, prossimo al termine del percorso della particella nel mezzo. Grazie a quest’andamento del profilo di dose si riesce a colpire selettivamente il volume bersaglio, inviando la dose minima ai tessuti circostanti.
Il fascio di protoni viene generato da una macchina acceleratrice la quale può essere circolare (sincrotrone o ciclotrone) o lineare (linac). A differenza della maggior parte dei centri di protonterapia usualmente basati sull’impiego di macchine circolari, il sistema prototipale ERHA sviluppato da ITEL srl, ha scelto un acceleratore lineare per la realizzazione di trattamenti di protonterapia.
La pianificazione di un trattamento protonterapico necessita di alcuni importanti strumenti di calcolo per la valutazione della distribuzione di dose nel tessuto che si vuole irraggiare, attraverso la tecnica del Pencil Beam. Il software Treatment Planning System (TPS) partendo da informazioni diagnostiche quali le immagini CT e MRI e ponendo dei vincoli anatomici, genera una struttura che stabilisce il numero di slices su cui effettuare il trattamento, la posizione degli spot, le energie del fascio ed il numero di particelle per spot. Tipicamente questa struttura viene memorizzata attraverso appositi sistemi informatici in files formato DICOM.
Le informazioni riguardanti la mappatura degli spot da colpire su ogni slices a cui corrisponde un determinato livello di energia del fascio, vengono inviate ad un sistema di Dose Delivery System (DDS), che è in grado di confrontare queste posizioni con quelle realmente raggiunte dal fascio. Questo sistema è in grado di stoppare l’erogazione del singolo fascio in caso di discrepanze, in termini di energie o di posizione degli spot, rispetto alla pianificazione. In questo modo è possibile aumentare il grado di sicurezza del trattamento.
Alla luce di tutto questo, l’obiettivo di questa tesi è la realizzazione di un software che a partire dai file DICOM generati in fase di pianificazione del trattamento, estrapola le informazioni utili per il trattamento e le rende fruibili per ECOS, il sistema di controllo dell’acceleratore. In particolare:
- fornisce al DDS la posizione degli spot, la loro dimensione, la loro energia e dunque il numero di particelle;
- estrapola le posizioni del paziente durante il trattamento che guideranno il sistema di posizionamento del paziente, RPSS;
- organizza i contour delle strutture segmentate, andando a fare un rendering 3D attraverso un algoritmo snello ed efficiente. Le strutture 3D serviranno in futuro per sistemi di simulazione del trattamento, in modo da validare il trattamento con l’approvazione del medico oncologo.