Modello semianalitico per il calcolo della dose tridimensionale depositata in acqua da un fascio di protoni a sezione gaussiana

As part of the TOP-IMPLART project, a prototype of a radiofrequency proton linear accelerator with active modulation is currently being developed and tested for use in hadron therapy. In anticipation of designing tailored treatment plans to test the linac's performance, it is desirable to have a streamlined tool for designing expanded Bragg peaks in three spatial dimensions. The ability to utilize an analytical mathematical representation of the dose volume deposited in water by the proton beam emitted from the linac facilitates, in principle, the creation of such a tool. To this end, this report presents the derivation of an analytical formula for the approximate calculation of the three-dimensional spatial dose distribution using the analytical models of Bortfeld and Preston-Koehler. The results obtained with this formula are compared with Monte Carlo simulations conducted in FLUKA.

Nell’ambito del progetto TOP-IMPLART, è in fase di sviluppo e collaudo un prototipo di acceleratore lineare di protoni a radiofrequenza e modulazione attiva destinato a un utilizzo per terapia adronica. In previsione dell’elaborazione di piani di trattamento ideati ad hoc per testare le prestazioni del linac, è desiderabile disporre di uno strumento snello per il design di picchi di Bragg allargati nelle tre dimensioni spaziali. La possibilità di sfruttare una rappresentazione matematica analitica del volume di dose depositato in acqua dal fascio di protoni emesso dal linac permette, in linea di principio, una realizzazione più agevole di tale strumento. A tale scopo, in questa relazione si illustra la derivazione di una formula analitica per il calcolo approssimato della distribuzione spaziale di dose nelle tre dimensioni utilizzando i modelli analitici di Bortfeld e di Preston-Koehler. I risultati ottenuti con tale formula vengono confrontati con simulazioni Monte Carlo condotte in FLUKA.