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Ibercivis - Sanidad (completato)
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Sanidad (completato)
- Progetto di Medicina
supportato dall'Università di Barcellona
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Le radiazioni ionizzanti si utilizzano in modo abituale nell'ambito sanitario, principalmente nella diagnostica per immagine (in radiologia tramite l'utilizzo di fasci di raggi X, e nella medicina nucleare tramite l'utilizzo di radioisotopi) e nel trattamento di diverso patologie mediante l'uso di fasci di fotoni o elettroni (radioterapia estrema), fonti incapsulate (brachiterapia) o radioisotopi non incapsulati (medicina nucleare).Le tecniche di simulazione numerica di trasporto delle particelle (fotoni, elettroni e positroni) tramite metodi Monte Carlo in ambienti complessi sono state applicate da più di 50 anni in tutto un ventaglio di situazioni (complementare misure sperimentali, caratterizzazione delle strumentazioni, dosimetria ai pazienti, etc). Negli ultimi anni questa metodologia ha sperimentato un'enorme crescita nel suo utilizzo e nelle sue applicazioni, rimanendo unicamente limitato dai tempi delle CPU necessari per il raggiungimento di risultati in modelli complessi.
La descrizione del trasporto di particelle mediante tecniche Monte Carlo trova il suo fondamento nella caratterizzazione del trasporto delle particelle con distribuzioni probabilistiche che descrivono, da un lato, la distanza che deve percorrere la particella fra due interazioni in ogni materiale, e dall'altro, gli angoli di dispersione e bilanciamento energetico che questa sperimenta nell'interazione. In questo modo, e con l'utilizzo di un generatore di numeri casuali si produce la simulazione del trasporto delle particelle in seno al materiale prendendo, in modo sequenziale e per ogni particella simulata, decisioni su:
- le condizioni iniziali della stessa (energia, direzione, etc)
- sulla distanza fino alla seguente interazione
- sul processo fisico tramite il quale s'interaziona (Compton, fotoelettrico, etc)
- sul risultato di detta interazione (angolo di dispersione, produzione di particelle secondarie, etc).
Le tecniche di simulazione Monte Carlo sono di conseguenza di natura necessariamente statistica e richiedono il controllo di una grande quantità di particelle per raggiungere la precisione richiesta, cosa che implica tempi di computazione considerevoli.
I vantaggi associati a questa metodologia si situano nella capacità di ottenere risultati con la precisione spazio-temporale necessaria, così come poter ottenere risultati con parametri fisici multipli in modo simultaneo. Tutto questo converte tale tecnica statistica in una potente attrezzatura che la rende meritevole di considerazione frequentemente come lo standard per il raggiungimento di risultati in molte applicazioni biomediche.
In Ibercivis, ogni unità di lavoro di Sanidad che s'invia ai computer dei volontari esegue la simulazione del trasporto di particelle in alcune condizioni ambientali determinate (materiali con le quali s'interaziona, geometrie di questi, ...).La simulazione dettagliata in queste condizioni, completata con misure sperimentali, permette il miglioramento delle tecniche diagnostiche, la qualità dei trattamenti e la protezione dei pazienti e del personale alle radiazioni ionizzanti.
Grazie a queste simulazioni si spera di poter ottenere risultati in condizioni che senza l'appoggio dei volontari risulterebbero proibitive in tempi di realizzazione e la quale analisi permetteranno di ottenere un'importantissima informazione.
Nell'immagine: trattamento di un cancro alla prostata con Iodio 125
Il codice di simulazione Penelope
PENELOPE, acronimo di «PENetration and Energy of Positrons and Electrons» è un programma dalle finalità generali per la simulazione Monte Carlo che descrive il trasporto di fotoni, elettroni e positroni in qualsiasi materiale per le classi di energia fra i 50 eV e 1 GeV. PENELOPE viene sviluppato in forma attiva nella Universidad de Barcelona e si distribuisce attraverso la Agencia de la Energia Nuclear.
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