Technologies and methods for treatment geometry optimization in radiation therapy with accelerated particles

This thesis is focused on two different aspects: a. Technologies for patient setup used in radiotherapy with accelerated particles; b. Methods for organ motion mitigation and models for external-internal correlation. After a first introduction on the rationale behind the use of accelerated particles in radiation therapy, the first part of the thesis describes the commissioning and testing of systems for patients’ positioning and setup control in the National Center for Oncological Hadrontherapy (Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica, CNAO), Pavia. The second part of the thesis is dedicated to methods aimed at estimating the position of moving tumors processing surrogate signals of patients’ surface. Implications of this field of research are correlated with treatment geometry optimization in radiation therapy and on-line tumor targeting for intra-session organ motion mitigation.

Questa tesi tratta due differenti temi: a. Tecnologie per il controllo del setup del paziente in radioterapia con particelle accelerate; b. Metodi per mitigare gli effetti di movimento di organo e modelli di correlazione esterno-interno. Dopo una prima introduzione sulle motivazioni legate all’impiego di particelle accelerate in radioterapia, la prima parte della tesi descrive le attività di verifica sulla accuratezza nominale dei sistemi di posizionamento del paziente e di controllo del setup installati presso il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO), Pavia. La seconda parte della tesi è dedicata allo sviluppo di metodi per la stima della posizione di lesioni neoplastiche mobili utilizzando segnali surrogati della superficie del paziente. Le implicazioni di questo studio impattano sia sull’ottimizzazione della geometria del trattamento definita in fase di pianificazione, sia sulla possibilità di effettuare un inseguimento dinamico della lesione per mitigare gli effetti di movimento di organo intra-sessione.