PHYSICS FOR THERAPY

Obiettivi formativi

Acquisire conoscenze sulle diverse sorgenti di radiazione per la radioterapia, comprendere la caratterizzazione della qualità della radiazione e i metodi di dosimetria, esplorare le tecniche di radioterapia convenzionale e non, e comprendere gli effetti molecolari e cellulari della radiazione ionizzante, con un focus sulla radiosensibilità e le nuove frontiere tecnologiche e radiobiologiche.

Conoscenza e capacità di comprensione

Comprensione critica degli sviluppi più avanzati della Fisica Moderna sia negli aspetti teorici che di laboratorio e delle loro interconnessioni, anche in campi interdisciplinari.

Capacità di comprendere e interpretare la caratterizzazione della qualità della radiazione, inclusi fasci di fotoni, elettroni, protoni e ioni, e degli indicatori di qualità per le diverse modalità di trattamento radioterapico.

Capacità di comprensione della relazione tra l'interazione di una radiazione ionizzante con la materia e i suoi effetti fisici e biologici indotti in terapia.

Conoscenza dei principali elementi di base della dosimetria in terapia.

Capacità di comprendere le tecniche di radioterapia convenzionale e non e come garantire la qualità e la sicurezza del trattamento radioterapico.

Conoscenza degli effetti biologici della radiazione ionizzante a livello molecolare e cellulare, con particolare attenzione alla radiosensibilità cellulare, agli effetti extra-bersaglio e alle potenziali innovazioni radiobiologiche nel trattamento tumorale.

Capacità di applicare conoscenza

Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni fisici utilizzando con rigore il metodo scientifico.

Capacità di progettare semplici esperimenti ed effettuare l'analisi dei dati sperimentali ottenuti in tutte le aree di interesse della Fisica Medica, incluse quelle con implicazioni biologiche

Capacità di comprendere qualitativamente gli effetti di una radiazione ionizzante di caratteristica diversa

Comprensione della pianificazione di un trattamento radioterapico utilizzando le diverse sorgenti di radiazione, tenendo conto della qualità della radiazione e degli effetti biologici sui tessuti bersaglio e non bersaglio.

Autonomia di giudizio

Capacità di ragionamento critico nella valutazione delle tecniche e delle sorgenti di radiazione

Capacità di collegare i concetti di base del rilascio di energia nella materia con i concetti fondamentali della dosimetria clinica.

Capacità di interpretazione e gestione delle variabili dosimetriche in ambito radio-terapeutico

Capacità di valutare l'accuratezza delle misure, la linearità delle risposte strumentali, la sensibilità e selettività delle tecniche utilizzate.

Abilità comunicative

Capacità di comunicare in lingua italiana e in lingua inglese nei settori avanzati della Fisica.

Capacità di presentare una propria attività di ricerca o di rassegna a un pubblico di specialisti o di profani.

Capacità di lavorare in un gruppo interdisciplinare, adeguando le modalità di espressione a interlocutori di diversa cultura.

Capacità di apprendimento

Capacità di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze.

Capacità di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo prescelto che in campi scientificamente vicini.

Capacità di utilizzare banche dati e risorse bibliografiche e scientifiche per estrarne informazioni e spunti atti a meglio inquadrare e sviluppare il proprio lavoro di studio e di ricerca.

Lezioni frontali e teorico-pratiche, seminari di approfondimento per tutti i 6 CFU.

Insegnamento cooperativo (studente-docente) tramite condivisione di materiale didattico e supporti multimediali.

Le sorgenti di radiazione per la radioterapia: Linear Accelerator (LinAc), impianti di irraggiamento con radioisotopi, sorgenti radioattive per la brachiterapia e per la medicina nucleare. (6 ore)

Caratterizzazione della qualità della radiazione: Fasci di fotoni ed elettroni prodotti da LinAc, fasci di protoni e ioni, parametri di qualità per le sorgenti di radiazione in brachiterapia e medicina nucleare. (6 ore)

Dosimetria in radioterapia: La teoria della cavità di Bragg-Gray e la sua verifica sperimentale. L’effetto dei raggi δ nell’analisi di Spencer e Attix della teoria della cavità. Il teorema di Fano e le sue implicazioni in dosimetria. La revisione della teoria di Bragg-Gray da parte di Spencer e Attix. Caratteristiche delle camere a cavità reale e delle camere a ionizzazione tarate per la dose assorbita in acqua. Dosimetria dei piccoli campi di radiazione. Metodi dosimetrici specifici per la brachiterapia e la medicina nucleare. Strumenti di misura utilizzati in dosimetria radioterapica. (10 ore)

Radioterapia convenzionale e non: Distribuzione della dose e analisi della dispersione. Garanzia di qualità in radioterapia. Radioterapia stereotassica e radiochirurgia. Radioterapia stereotassica corporea. Brachiterapia. Terapia con fasci di protoni e terapie ad alto dose rate. (12 ore)

Effetti molecolari della radiazione ionizzante: Effetti cellulari dell’esposizione alla radiazione ionizzante, misurazione della sopravvivenza cellulare e radiosensibilità. Effetti extra-bersaglio. Nozioni di biologia tumorale. Nuove frontiere del trattamento radioterapico basate su fenomeni radiobiologici e progressi tecnologici. (8 ore)

-Introduction to radiological physics and radiation dosimetry, F.H. Attix, Wiley-VCH Verlag

-The Physics of radiation therapy, F.M. Khan, third edition, Lippincott Williams and Wilkins

-Radiobiology for the Radiologist, Eric J. Hall Amato J. Giaccia 7th edition, Lippincott Williams and Wilkins.
-Radiation Biology: a Handbook for Teachers and Students Training Course Series No. 42 International Atomic Energy Agency (IAEA).

-Nuclear medicine physics: a handbook for students and teachers. International Atomic Energy Agency (IAEA).

-Dispense fornite dal docente

-Recenti articoli scientifici

Esame orale

Sistema di funzionamento del LinAc

Qualità dei fasci di fotoni, protoni ed elettroni

La teoria della cavità di Bragg-Gray

Metodi dosimetrici

Garanzia di qualità in radioterapia

Radioterapia stereotassica

I principi della Brachiterapia

Qual è la relazione tra dose assorbita e danno biologico? Discuti l'importanza della dose equivalente e della dose efficace.

Descrivi i principali effetti biologici delle radiazioni a livello molecolare, cellulare, tissutale e dell'intero organismo.

Cos’è il “threshold effect” in radiobiologia e come viene interpretato nella pratica clinica?