Hadron therapy is an alternative form of radiation therapy that uses hadrons, in particular protons, carbon ions and helium, to treat tumors. In this context, the CNAO (\textit{Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica}) performs this type of oncological therapy using both types of particles. In addition to patient treatments, an intense research activity is carried out in the center. In many experiments, it is necessary to use plans generated by clinical treatment planning systems; however, this represents a strong limitation, since these plans require a significant amount of time to be produced and a continuous dialog between the research group and the medical physicists, resulting in a lack of autonomy for researchers. This situation leads to the necessity of finding an alternative way to generate plans independently from professional systems. The idea is to make use of the open-source software matRad, which is developed to simulate a clinical treatment planning system in order to support study and research activities. Using this toolkit, it is possible to write personalized code to generate plans that can be used to perform experimental irradiations. Different trials are carried out, and different codes are developed in order to identify the best configuration to generate a uniform and flat dose distribution. Once the best code is identified, it is necessary to validate the results by making a comparison with the plans generated by the clinical treatment planning system. To achieve this, the data obtained from the matRad output are properly exported and used to generate a plan with the professional software. Finally, the dose profiles are compared and, taking into account some differences in the calculation modalities, it is possible to conclude that the outputs of the two programs are acceptable and represent a good path to be considered. In conclusion, matRad can be considered an effective tool for independently producing treatment plans that can be used in experimental research in hadron therapy.
L’adroterapia è una forma alternativa di radioterapia che fa uso di adroni, nello specifico protoni, ioni carbonio ed elio, per trattare i tumori. In questo contesto, il CNAO (Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica) pratica questo tipo di terapia oncologica usando entrambi i tipi di particelle. Oltre al trattamento dei pazienti, viene portata avanti un’intensa attività di ricerca. In molti esperimenti, è necessario l’uso di piani generati dai sistemi professionali: questo rappresenta un forte limite, poiché questi piani richiedono molto tempo per essere generati e un continuo dialogo tra ricercatori e fisici medici, con la conseguenza che il gruppo di ricerca ha una scarsa autonomia. Questo porta alla necessità di trovare una strada alternativa per generare piani di trattamento indipendentemente dai sistemi professionali. L’idea è quella di usare il software open-source matRad, che è stato sviluppato per simulare dei piani di trattamento clinici per supportare lo studio e la ricerca. Usando questo sistema, è possibile scrivere codici personalizzati per generare piani adatti negli esperimenti d’irraggiamento. Diverse prove sono state fatte e diversi codici sono stati scritti al fine di individuare la miglior configurazione per generare una distribuzione di dose piatta e uniforme. Una volta identificato il codice migliore, è necessario validare i risultati facendo un paragone con i piani generati dai sistemi di trattamento clinici. Per ottenere questo, i dati ottenuti dall’output di matRad sono stati propriamente esportati e usati per generare piani col software professionale in uso al CNAO. Infine, i profili di dose sono stati confrontati e, considerando varie differenze nelle modalità di calcolo, è possibile concludere che gli output dei due programmi sono accettabili e rappresentano un buon compromesso. In conclusione matRad può essere considerato uno strumento utile per produrre piani di trattamento indipendenti da usare in ricerca nel campo dell’adroterapia.
Sviluppo e validazione di una piattaforma di calcolo di dose indipendente basata su matRad per la ricerca sperimentale in adroterapia.
PETINI, SARA
2024/2025
Abstract
Hadron therapy is an alternative form of radiation therapy that uses hadrons, in particular protons, carbon ions and helium, to treat tumors. In this context, the CNAO (\textit{Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica}) performs this type of oncological therapy using both types of particles. In addition to patient treatments, an intense research activity is carried out in the center. In many experiments, it is necessary to use plans generated by clinical treatment planning systems; however, this represents a strong limitation, since these plans require a significant amount of time to be produced and a continuous dialog between the research group and the medical physicists, resulting in a lack of autonomy for researchers. This situation leads to the necessity of finding an alternative way to generate plans independently from professional systems. The idea is to make use of the open-source software matRad, which is developed to simulate a clinical treatment planning system in order to support study and research activities. Using this toolkit, it is possible to write personalized code to generate plans that can be used to perform experimental irradiations. Different trials are carried out, and different codes are developed in order to identify the best configuration to generate a uniform and flat dose distribution. Once the best code is identified, it is necessary to validate the results by making a comparison with the plans generated by the clinical treatment planning system. To achieve this, the data obtained from the matRad output are properly exported and used to generate a plan with the professional software. Finally, the dose profiles are compared and, taking into account some differences in the calculation modalities, it is possible to conclude that the outputs of the two programs are acceptable and represent a good path to be considered. In conclusion, matRad can be considered an effective tool for independently producing treatment plans that can be used in experimental research in hadron therapy.| File | Dimensione | Formato | |
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https://hdl.handle.net/20.500.14239/34022