Monte Carlo study of clinical treatment conditions provided by NOVAC 11 IOERT accelerator

Nowadays radiotherapy techniques prove to be an excellent tool in the treatment of tumors. Among these, IOERT (Intra Operative Electron Radiotherapy Treatment) stands out, which involves the delivery of a beam of electrons through mobile linear accelerators. Through the latter it is possible to perform the treatment directly in the operating room, giving the possibility to use, in addition to the devices such as bolus and radiation protection vests, also radiation shielding disks. These latter have the task of protecting the healthy tissues posterior to the target. The goal of this thesis is to perform a dosimetric characterization of clinical treatment conditions provided by the Novac-11 accelerator through a Monte Carlo approach. First of all, the Monte Carlo code was validated through the experimental measurements performed at the ASST Papa Giovanni XXIII (Bergamo) hospital in the context of the characterization of the Novac-11 LINAC for a delivery with a nominal energy of 10 MeV and with three different circular applicators of 10 cm, 6 cm and 5 cm in diameter. Subsequently, the dosimetric variations induced by the presence of radiation shielding disks along the beam axis were studied. In particular, the two double-layer disks used at the ASST Papa Giovanni XXIII (Bergamo) hospital were studied: one in aluminum-lead, the other in PEEK-steel. The first one always saves at least 99% of the dose to healthy tissues but has an important backscattering phenomenon that can impose isodose regions higher than 105% of the prescribed dose. The second, on the contrary, has a much more modest backscattering phenomenon, which does not vary the clinical condition, but for superficial targets it is observed an attenuation of transmitted dose of just about 80%. The effect of the presence of an applicator bolus was then studied. From a dosimetric point of view, its main effect is to impose a rigid translation of the dose profile to shallower depth. Finally, the amount of dose that reaches the patient's skin surrounding the applicator was observed. This is approximately 2% -3% of the maximum dose delivered during treatment. The use of radiation protection vests saves the skin about 25% of the dose.

Le tecniche radioterapiche si dimostrano oggigiorno un ottimo strumento nella cura dei tumori. Tra queste si distingue la IOERT (Intra Operative Electron Radiotherapy Treatment) che prevede l’erogazione di un fascio di elettroni attraverso acceleratori lineari mobili. Attraverso quest’ultimi è possibile eseguire il trattamento direttamente in sala operatoria, dando la possibilità di utilizzare, oltre che ai devices come il bolo per l’applicatore e i corpetti radioprotezionistici, anche i dischi sottocutanei di schermatura dalle radiazioni. Quest’ultimi hanno il compito di proteggere i tessuti sani sottostanti il target. Obbiettivo di questa tesi è quello di eseguire una caratterizzazione dosimetrica delle condizioni cliniche di un trattamento eseguito con l’acceleratore lineare Novac-11 attraverso un approccio Monte Carlo. In primo luogo, si è validato il codice Monte Carlo attraverso le misure sperimentali eseguite presso l’ospedale ASST Papa Giovanni XXIII (Bergamo) nell’ambito della caratterizzazione del LINAC Novac-11 per un trattamento con un’energia nominale di 10 MeV e con tre differenti applicatori circolari da 10 cm, 6 cm e 5 cm di diametro. Successivamente si sono studiate le variazioni dosimetriche indotte dalla presenza dei dischi sottocutanei di schermatura dalle radiazioni lungo l’asse del fascio. In particolare si sono studiati i due dischi doppio strato utilizzati presso l’ospedale ASST Papa Giovanni XXIII (Bergamo): uno in alluminio-piombo, l’altro in PEEK-acciaio. Il primo risparmia sempre almeno il 99% della dose ai tessuti sani, ma presenta un importante fenomeno di backscattering che può imporre regioni di isodose superiori al 105% della dose prescritta. Il secondo, al contrario, presenta un fenomeno di backscattering molto più modesto, che non varia la condizione clinica, ma per target superficiali si osserva un’attenuazione della dose trasmessa di solo circa l’80%. Si è poi studiato l’effetto della presenza del bolo per applicatore. Da un punto di vista dosimetrico l’effetto principale è quello di imporre una translazione rigida verso la superficie della curva di dose in profondità. Infine, si è osservata la quantità di dose che giunge alla cute del paziente circostante l’applicatore. Questa è pari circa 2%-3% della dose massima erogata durante il trattamento. L’utilizzo dei corpetti radioprotezionistici risparmia alla cute circa il 25% di dose.