Simulazione Monte Carlo C++ di un linac per radioterapia basata sul toolkit Geant4. Validazione del modello e calcolo distribuito.

Prefazione Il lavoro di tesi si incentra su una applicazione del metodo Monte Carlo al calcolo della dose in radioterapia ed in particolare nella possibilita` di rendere piu` veloce il calcolo sfruttando risorse computazionali distribuite. Il progetto utilizza il codice computazionale Geant4 sviluppato al Cern di Ginevra da una collaborazione internazionale, per simulare le caratteristiche geometriche complete di un acceleratore lineare Elekta Sli. La verifica dei dati ottenuti dalla simulazione rispetto a quelli reali e` effettuata su di un fantoccio ad acqua per diverse dimensioni di campo. Il post-processing dei dati e` stato svolto in linguaggio Matlab creando un ponte fra ambiente linux ed ambiente windows. I risultati ottenuti sembrano in buon accordo con le misurazioni effettuate e distribuendo il calcolo attraverso il protocollo SSH sul cluster presente all’ospedale S.Chiara e` stato possibile notare una diminuzione dei tempi di calcolo di un fattore proporzionale al numero di processori coinvolti. La tesi e` cos`ı organizzata: Capitolo 1: introduce il lettore al metodo di calcolo numerico detto Monte Carlo dal punto di vista matematico. Sono qui esposte le basi formali per la trattazione rigorosa di un problema grazie al suddetto metodo. Il lettore puo` trovare spiegato il funzionamento di una simulazione Monte Carlo per il tracciamento di particelle nella materia e vedere introdotte alcune tecniche di riduzione della varianza. Nella seconda parte del capitolo e` introdotto il toolkit Monte Carlo Geant4 sviluppato da una collaborazione internazionale al CERN di Ginevra, base del programma sviluppato. Un’introduzione a questo codice permette di comprendere il funzionamento di una simulazione. Capitolo II: chiarisce alcuni aspetti da considerare per un’accurata simu- lazione del passaggio di particelle nella materia. Sono presentati in dettaglio tutti i processi fisici da considerare per le energie tipiche del- la radioterapia ed e` illustrata a grandi linee la logica di calcolo di un algoritmo Monte Carlo per fotoni, nonche` la motivazione del metodo Monte Carlo in radioterapia. Capitolo III: tratta gli aspetti della radioterapia dal punto di vista del