L'interfaccia Geant4-BIANCA: implementazione e validazione

This Master's thesis presents the implementation and validation of a new interface between the Geant4 Monte Carlo transport code and the BIANCA biophysical model. The interface enables the computation of radiobiological quantities with Geant4 by importing look-up tables generated by BIANCA, which contain cell line-specific α e β coefficients as functions of radiation quality. Validation was carried out in two steps. First, a benchmarking campaign was conducted against predictions obtained with the existing FLUKA-BIANCA implementation in various Spread Out Bragg Peak configurations. Then, simulation results by Geant4-BIANCA were compared with experimental data for proton, helium, and carbon ion beams taken from the literature. The results confirm the correct implementation and demonstrate the potential of the Geant4-BIANCA interface as a reliable and versatile tool for radiobiological modeling in charged particle therapy.

Questa tesi magistrale presenta l’implementazione e la validazione di una nuova interfaccia tra il codice di trasporto Monte Carlo Geant4 e il modello biofisico BIANCA. L’interfaccia consente il calcolo di grandezze radiobiologiche con Geant4 mediante l’importazione di tabelle generate da BIANCA, contenenti i coefficienti α e β specifici per una data linea cellulare in funzione del tipo e dell'energia della radiazione. La validazione è stata condotta in due fasi. In primo luogo, sono stati eseguiti dei confronti sistematici con le predizioni ottenute tramite la preesistente interfaccia FLUKA-BIANCA in diverse configurazioni di Spread Out Bragg Peak. Successivamente, i risultati delle simulazioni ottenuti da Geant4-BIANCA sono stati confrontati con dati sperimentali per fasci di protoni, elio e ioni carbonio ricavati dalla letteratura. I risultati confermano la corretta implementazione e dimostrano il potenziale dell’interfaccia sviluppata come strumento affidabile e versatile per la modellizzazione radiobiologica nella terapia con particelle cariche.