SVILUPPO DI FANTOCCI VOXEL Gianfranco Gualdrini1 , Paolo

SVILUPPO DI FANTOCCI VOXEL
1
Gianfranco Gualdrini1 , Paolo Ferrari1,
ENEA-BAS-ION Istituto di Radioprotezione, Via dei colli 16, 40136 Bologna
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ABSTRACT
L’impiego di modelli numerici antropomorfi e di codici che simulino il trasporto di radiazione
é di grande importanza nel campo della fisica delle radiazioni: è ad esempio fondamentale in
radioprotezione e indispensabile nel calcolo della dose efficace impegnata in dosimetria
interna, per valutare la frazione di energia assorbita nei diversi organi e tessuti.
Il modello numerico di riferimento per la dosimetria è il modello MIRD-ORNL (Medical
Internal Radiation Dose), costruito nei laboratori di Oak Ridge (Snyder et al. 1978, Cristy and
Eckerman 1987). Tale modello analitico è costituito da semplici geometrie (sfere, ellissoidi,
cilindri, coni), che rappresentano le strutture interne degli organi e le superfici esterne del
corpo. I parametri delle equazioni che caratterizzano tali superfici sono stati ricavati dai valori
tabulati nel rapporto sul reference man (ICRP 1975). I modelli di tipo MIRD (figura 1) sono
stati impiegati per il calcolo dei coefficienti di conversione per la dose efficace (ICRP 1997,
ICRU 1998).
L’avvento di calcolatori sempre più potenti ha permesso di sviluppare nuovi modelli numerici
antropomorfi (modelli voxel), ottenuti dall’elaborazione delle immagini digitali ricavate da
indagini tomografiche (TC e RM) di individui reali.
Anche questi modelli sono stati impiegati per stimare le grandezze dosimetriche
precedentemente valutate con i modelli analitici (Dimbylow 1995, Chao et al. 2001, Jones
1997, Kramer et al. 2003, Petousssi-Henss et al. 2002, Zubal 1994). Tali studi hanno
permesso di quantificare la variabilità dei risultati ottenibili con modelli voxel diversi (Zankl
et al. 2002a) che è sostanzialmente legata alle caratteristiche proprie dell’individuo da cui
ogni modello voxel è stato ricavato. D’altro canto, in determinate condizioni di irraggiamento,
i modelli voxel si allontano, concordemente, dalle analoghe stime ottenibili con un modello
analitico. E’ il caso, ad esempio, dei coefficienti di conversione tra kerma in aria e dose
equivalente all’esofago, allo stomaco e al midollo osseo rosso, per irraggiamento Anteroposteriore, del pancreas e delle reni, per irraggiamento Postero-anteriore, o dei polmoni e
dell’intestino per irraggiamento latero-laterale. In questi casi, i modelli voxel presentano tutti
risultati tra loro confrontabili e superiori o inferiori a quelli ottenuti con i modelli di tipo
MIRD (Zankl et al. 2002b).
Ciò ha indotto ICRP a valutare l’introduzione di nuovi modelli di riferimento di tipo voxel per
il calcolo delle grandezze limite di radioprotezione, in sostituzione dei modelli analitici (Task
Group 2 –DOCAL, Clarke 2005). I valori ottenuti con i modelli voxel di riferimento (Schlattl
et al. 2007) dovranno però essere opportunamente validati, tenendo conto che anche questi
modelli risentono delle peculiarità proprie dell’individuo da cui sono stati ricavati.
Per questi motivi, già da una decina di anni, all’Istituto di radioprotezione dell’ENEA
(ENEA-IRP), è stata avviata un’attività di ricerca incentrata sulla costruzione e sull’impiego
di modelli voxel per la radioprotezione.
Il presente contributo alla Scuola ISS sull’uso del codice Monte Carlo in campo medico ha lo
scopo di illustrare le tecniche impiegate per la costruzione di fantocci Voxel partendo dai dati
tomografici e di dimostrare il ruolo centrale che questi fantocci svolgono nel campo della
fisica medica e della protezione dalle radiazioni ionizzanti.