Nicole Mantaut

Nicole Mantaut
Università degli Studi di Milano
Laurea Triennale in Fisica
Sessione di Laurea: 24 Febbraio 2011
Messa a punto di un sistema per l’analisi di GAFCHROMIC® EBT2 per
dosimetria in radioterapia conformazionale e ad intensità modulata (IMRT)
In radioterapia sono necessarie tecniche dosimetriche in grado di misurare la dose in modo
appropriato e con la maggiore precisione possibile. Le tecniche da mettere a punto sono diverse
per i vari tipi di radioterapia. Il loro studio continuo è richiesto dai molteplici progressi scientifici
nelle modalità del trattamento dei tessuti tumorali per mezzo di radiazioni.
La radioterapia è in continuo sviluppo per ricercare metodi che permettano di ottenere fasci
in grado di produrre una dose più elevata possibile in un volume avente la forma del tumore e una
dose più bassa possibile nel tessuto sano circostante. Questa radioterapia “conformazionale”
coinvolge campi di radiazione con gradienti molto elevati e questo ha portato alla necessità di
sviluppare metodi che permettano di misurare distribuzioni di dose assai complesse.
È stato quindi necessario ideare dei dosimetri in grado di fornire valori di dose in due o tre
dimensioni.In particolaresono stati proposti e sviluppati metodi per ottenere immagini di
distribuzione di dose assorbita.La scelta di un metodo per ottenerela distribuzione della dose su
un piano è stata fondamentalmente indirizzata verso materiali radiocromici. Essi sfruttano dei
processi chimici attivati dalla radiazione incidente, ad esempio la polimerizzazione oppure la
creazione di particolari ioni, e permettono di ottenere delle immagini della dose assorbita.Su
questi processi si basano i dosimetri a gel e le pellicole o film sottili.
In questo lavoro di tesi è stato studiato come rendere possibile l’applicazione alla
radioterapia conformazionale di una nuova generazione di dosimetri radiochimici a film chiamati
GAFCHROMIC® EBT2; essi sono stati prodotti e messi in commercio nel 2009 e costituiscono il più
recente sviluppo nel campo delle pellicole dosimetriche.
L’analisi degli EBT2 è effettuata con metodo ottico in quanto l’assorbanza di luce nell’intorno
di 630nm risulta essere correlata alla dose assorbita.Acquisendo le immagini di luce trasmessa
prima e dopo l’irraggiamento si può ottenere un’immagine di assorbanza valutando pixel-a-pixel la
differenza di densità ottica fra le due immagini.
Inizialmente è stata messa a punto una strumentazione che permettesse di acquisire le
immagine con sufficiente risoluzione spaziale, precisione e riproducibilità. Tale sistema è costituito
da un illuminatore piano (20 cm x 20 cm) e una camera CCD da 8 bit dotata di filtro passa banda
nell’intorno dei 630 nm (ampiezza 20 nm). Sono state ottimizzate le caratteristiche del sistema
come la distanza fra la camera e la sorgente di luce e i parametri di acquisizione delle immagini.
Sono stati sviluppati alcuni programmi dedicati, in codice Matlab®, che contengono gli algoritmi
necessari per analizzare adeguatamente le immagini ottenute nelle varie configurazioni
sperimentali utilizzate.
Sono stati fatti degli studi di andamento nel tempo della differenza di densità ottica di
campioni di GAFCHROMIC® EBT2 per determinare le condizioni ottimali di analisi che portino ad
avere buona affidabilità dei risultati. La risposta del dosimetro è risultata stabile a partire da venti
ore dopo l’irraggiamento. Tutte le analisi successive sono quindi state effettuate dopo un tempo
non inferiore alle 20 ore dall’irraggiamento (in genere24 ore).
Una caratteristica importante dei dosimetri è l’eventuale dipendenza della risposta
dall’energia della radiazione incidente. Ovviamente un buon dosimetro deve avere una bassa
dipendenza della risposta dall’energia. È stato quindi studiata la risposta degli EBT2 per le energie
d’interesse per la radioterapia. Sono quindi stati effettuati irraggiamenti utilizzando l’acceleratore
lineare per radioterapia LINAC nelle due modalità di utilizzo tipiche ovvero a 6MV e a 15MV. Le
differenze fra i risultati ottenuti con queste due condizioni sono inferiori all’errore di misura (circa
5%) confermando la validità di questo nuovo tipo di pellicola radiocromica.
È stata determinata la curva di calibrazione del sistema dosimetrico per indagare la sua
proponibilità per misure assolute di dose assorbita. Mediante l’acceleratore a 6MV sono stati
irraggiati campioni di EBT2 a dosi note nell’intervallo fra 0,15 Gy e 25 Gy; ed è quindi stata ricavata
la funzione che lega la differenza di densità ottica alla dose assorbita.
Per verificare la correttezza della calibrazione del sistema dosimetrico e la possibilità di
effettuare misure assolute di dose assorbita sono stati misurati profili in profondità di dose
assorbita in fantoccio tessuto-equivalente (TE) e i risultati sono stati confrontati con quelli calcolati
dal software del paino di trattamento. I risultati ottenuti hanno confermato la validità del sistema.
Sonoinfine state ricavate immagini di dose assorbita in fantoccio TEirraggiato con un piano
complesso di terapia a intensità modulata (IMRT). Dalle immagini di differenza di densità ottica
utilizzando la curva di calibrazione sono state ricavate le immagini della dose assorbita, e queste
sono state confrontate con quelle calcolate dai piani di trattamento.
In figura è mostrato un esempio delle immagini ottenute.
Tutti i risultati conseguiti hanno confermato la validità del metodo per dosimetria assoluta in radioterapia. I
prossimi sviluppi riguarderanno una verifica della proponibilità dei GAFCHROMIC® EBT2 per dosimetria in
vivo nel paziente durante il trattamento. Questo è in particolare importante per la brachiterapia in quanto
la dosimetria in vivo non è ancora sufficientemente sviluppata ma per tale terapia è di fondamentale
importanza.