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L'adroterapia è una forma molto avanzata di radioterapia in cui vengono utilizzate particelle cariche (tipicamente ioni Carbonio o protoni) per il trattamento di tumori. L'elevata precisione nel rilascio della dose ottenibile nei trattamenti adroterapici consente di massimizzare il rilascio della dose nella regione tumorale, riducendo al minimo l'esposizione dei tessuti sani e gli eventuali danni ad organi a rischio circostanti. Questo è possibile grazie alla caratteristica delle particelle cariche di rilasciare nel tessuto del paziente la maggior parte della loro energia al termine del loro percorso (picco di Bragg, BP). Data l'elevata selettività di questo trattamento è di cruciale importanza monitorare in tempo reale l'effettiva distribuzione spaziale della dose rilasciata nel paziente, per avere online il controllo del volume sottoposto a trattamento. Questo può essere fatto rivelando i frammenti carichi prodotti dalla frammentazione del fascio primario durante l'interazione con i tessuti del paziente ed emessi a largo angolo rispetto alla direzione del fascio. Le interazioni che i frammenti subiscono attraversando il paziente (multiplo scattering, assorbimento) hanno un elevato impatto sul profilo misurato ed è necessario un processo di unfolding per correlare correttamente il profilo di emissione con la posizione del BP.
Al fine di effettuare questa correzione in tempo reale, in questo progetto si propone di utilizzare un fast Monte-Carlo, FRED(Fast paRticle thErapy Dose evaluator) e un algoritmo iterativo, MLEM (maximum likelihood expectation-maximization), che permetta di ricostruire il profilo di emissione del fascio deconvolvendo l'effetto della materia che la radiazione secondaria ha subito nell'attraversare il paziente.
Il fine ultimo di questa attività di ricerca è valutare, in condizioni cliniche, la precisione ottenibile sulla ricostruzione della posizione del BP a partire dai dati sperimentali che saranno presi a Pavia con un fantoccio antropomorfo.