CONSUNTIVO ATER 1999
Attività triennali finalizzate a:
Sviluppo di acceleratori per adroterapia:
ATER.LINA: Sviluppo di acceleratori innovativi: 1)progettazione di un modulo lineare da 3 GHz come
booster di un ciclotrone; 2) studio di massima di un ciclinac (Ciclotrone Superconduttore + Linac ad altissima
frequenza)
ATER.SOLA: Studio di una sorgente a plasma di ioni, con plasma prodotto da un laser ad eccimeri
ATER.TRIS: Studio di testate rotanti innovative con sistemi attivi per ioni e protoni e studio delle specifiche
relative al sistema attivo di distribuzione di dose
Fisica interdisciplinare per adroterapia:
ATER.BIOR: Analisi di effetti molecolari e cellulari di ioni Carbonio a diversi LET in cellule umane
normali e tumorali.
ATER.FIBI: Modelli, programmi di calcolo e caratteristiche fisiche di fasci di Carbonio in tessuto fino a 4
GeV
Dosimetria e microdosimetria per adroterapia:
ATER.EMRI: Determinazione di parametri e di fattori correttivi per la dosimetria di fasci di protoni con
camere a ionizzazione
ATER.MOND: Sviluppo della dosimetria nel campo della BNCT
ATER.PIXE: Realizzazione di un dosimetro tridimensionale e di una camera di monitor per fasci adronici
terapeutici
ATER.PROM: Microdosimetria di fasci di protoni
ATER.TLIP: Dosimetria protonica con rivelatori a TL
Attività approvate per 1 anno e chiuse nel 1999:
IMAGO: Trasmissione di dati ed immagini sotto protocolli DICOM; metodi per sovrapporre immagini;
interfacciamento con sistemi di piani di trattamento.
RATIO: Sviluppo di tecnologie pixel e microstrip per la visualizzazione di un tumore e seguirne il
movimento
PROFRI: Realizzazione e messa a punto di dosimetri per protoni per dosimetria relativa tridimensionale su
sistemi fantoccio tessuti equivalenti, mediante la RMN
1
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti
Esperimento ATER.LINA
Responsabile nazionale G. GIALANELLA:
Sezioni partecipanti: Milano, Napoli
Elenco partecipanti MI Affiliaz.
Carlo De Martinis
PA
Carlo Cicardi
Tec. Laur.
Dario Giove
Ric. INFN
%
65
40
65
Elenco partecipanti NA
Vittorio G. Vaccaro
Maria Rosaria Masullo
Daniele Davino
Massim. De Magistris
Luciano De Menna
Luigi Verolino
Affiliaz.
PO
Ric. INFN
Dott.o
Ric Uni
P.O.
P.A.
%
30
30
55
35
30
20
Eventuali collegamenti internazionali CERN
Referee A. Stefanini, Amendolia, Gammino
Riassunto sintetico degli scopi del progetto
Sviluppo di un nuovo tipo di acceleratore lineare per protoni da utilizzarsi come booster di un
ciclotrone; in particolare:
1-Costruzione di un modulo della struttura in grado di accelerare i protoni da 60 a 70 MeV.
2- Prove meccaniche e in potenza del modulo.
3- Prove col fascio a valle del ciclotrone dei LNS .
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
Milano
Napoli
2
3
4
finanziamento
globale
73
32
Finanziamenti ottenuti da altri enti:--------------------------------------------------------------Eventuali significative variazioni di bilancio e loro giustificazioni:----------------------------------Acquisti di materiale inventariabile
Quadrupoli a magneti permanenti
Principali risultati raggiunti (con particolare riguardo a ricadute su altri esperimenti o
applicazioni)
Nel corso della prima meta’ dell’anno e’ stata portata a termine gran parte della progettazione del
prototipo del primo modulo (celle acceleranti, celle di accoppiamento) con le necessarie prove
tecnologiche per arrivare alla definizione della tecnica costruttiva (scelta dei materiali, tecniche di
brasatura etc.).Per quanto riguarda i compiti specifici nell’ambito della collaborazione dei gruppi
2
INFN di Napoli e Milano, oltre alla partecipazione alla progettazione generale, sono stati portati
avanti i seguenti lavori:
• studio, misure e progettazione dell’accoppiamento risonante nelle cavita’ a radiofrequenza a
3GHz; costruzione di primi prototipi dei bridge coupler.
• calcolo della dissipazione termica nel LIBO con l’ausilio del codice ad elementi finiti ANSYS
• disegni preliminari del supporto e della movimentazione del LIBO, delle piastre di
raffreddamento e dell’alloggiamento dei quadrupoli permanenti.
Nel corso della seconda meta’ dell’anno, completati i disegni costruttivi degli elementi sopra
descritti, si e’ proceduto alla realizzazione meccanica delle celle e alla definizione dei parametri
geometrici dei un bridge couplers. Inoltre si e’ proceduto alle relative misure RF preliminari,
all’avvio della costruzione del sistema di supporto e posizionamento del LIBO ed all’acquisto dei
quadrupoli. La realizzazione delle componenti meccaniche relative al primo modulo e a tutti gli
accessori necessari per il funzionamento (vuoto, etc.) e’ in fase avanzata. I processi di brasatura
sono stati completamente definiti e verificati su un pacchetto di sei “mattonelle”.
Si prevede di iniziare l’installazione del modulo nel bunker del LIL nel mese di febbraio 2000.
Eventuali pubblicazioni e note
Pubblicazioni
Comunicazioni a Convegni
Riunioni di lavoro
- 6 riunioni di lavoro al CERN, di cui tre prolungate per misure RF sui prototipi.
Eventuali tesi di laurea
Eventuali seminari
Validazione da parte del referee
3
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti
Esperimento : ATER-SOLA
Responsabile nazionale: G. Gialanella
Sezioni partecipanti: Lecce, Bari
Elenco partecipanti LE
Affilia
%
Nassisi Vincenzo
Perrone M. Rita
Nicolardi Vincenzo
De Donno Francesco
Bray Giovanni
Miccoli Crocifisso
z.
Univ.
Univ.
Univ.
Univ.
Univ.
Univ.
100
20
30
30
30
30
Elenco partecipanti BA
Affilia
%
Rainò Antonio
Stagno Vincenzo
Pepe Antonio
z.
Univ.
Univ.
Univ.
30
30
30
Eventuali collegamenti internazionali CERN, Università di Bucarest,
Referee: Stefanini, Amendolia, Gammino
Riassunto sintetico degli scopi del progetto
Realizzazione di una sorgente di ioni per adroterapia utilizzante la tecnica del laser-plasma
prodotto da laser ad eccimeri e ad CO2 impulsati.
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
LECCE
40ML
BARI
6ML
2
3
4
Finanzi. globale
40ML
6ML
Finanziamenti ottenuti da altri enti: 3.000.000 lire 60%
Eventuali significative variazioni di bilancio e loro giustificazioni:
Il finanziamento di Lecce relativo al materiale inventariabile è comprensivo della somma di lire
7.000.000 ricevuti in corso d’anno dalla commissione 5.
Acquisti di materiale inventariabile
Camera di accelerazione inox composta da due settori più un adattatore (10ML), valvola a piattello
(7.000.000) Pompa rotativa Varian (4ML), PC pentium II (2ML), Stampante, Scanner.
Principali risultati raggiunti (con particolare riguardo a ricadute su altri esperimenti o
applicazioni)
Durante il 1999 si è provveduto all’acquisto della strumentazione necessaria per la
realizzazione del generatore. In questo periodo si è provveduto intanto ad acquisire le conoscenze
4
necessarie per la diagnostica del fascio di ioni utilizzando però i fasci di elettroni disponibili in
laboratorio.
Abbiamo costruito un nuovo sistema di diagnostica per la determinazione del valore di
emittanza. Esso consiste in un sistema di due slit mobili in grado di misurare la divergenza del
fascio in punti diversi del suo fronte di propagazione.
Abbiamo scoperto che i valori di emittanza lungo l’asse x (asse di incidenza del laser) é
differente da quello lungo l’asse y. È stato sviluppato un programma di simulazione che valuta
l’effetto della rugosità del catodo sull’emittanza.
Presso la sezione di Bari sono stati eseguiti gli studi di simulazione del fascio di ioni
all’interno della camera.
Eventuali pubblicazioni e note.
Pubblicazioni
1. V. Nassisi and E. Giannico, “Characterization of high electron beams induced by excimer laser
irradiation”, Rev. Sci. Instrm. 70, 3277-81 (1999).
2. Nassisi and E. Giannico, “Generation and characterization of high electron beams generated
from rough photocathodes”, Rev. Sci. Instrm. 70, 4221-4 (1999).
3. V. Nassisi and M.L. Longo, “Experimental results of transmutation of elements observed in
etched Pd samples by an excimer laser”, Fusion Technology, ( May ), (2000)
4. V. Nassisi, A. Barchetti, E. Giannico, L. Martina and F. Paladini, “Study of high charge electron
beam emittance inducted by excimer laser irradiation”, NIM B, (2000).
Comunicazioni a Convegni
1. V. Nassisi F. Zara, Electron beam induced by excimer laser on semiconductor cathode P1-157,
Eur. Conf. On Acc. Appl. Reserch. And Techn. Dresden 1999
2. V. Nassisi et al. Study of high charge electron beam emittance induced by excimer laser
irrradiation, P2-141, Eur. Conf. On Acc. Appl. Reserch. And Techn. Dresden 1999
3. G.Brautti, A.Rainò, V.Stagno and V.Variale, “Trapped Ion Source” Proc. of Pac ’99 New
York (1999).
Riunioni di lavoro
Le riunioni di lavoro sono state tenute a Lecce e a Bari
Eventuali tesi di laurea
-F. Zara, Generazione di elettroni polarizzati da GaAs illuminata con un laser ad eccimero,
Università di Lecce 1999
-A. Barchetti, Caratterizzazione dell’evoluzione temporale dell’emittanza di un fascio fotoestratto,
Università di Lecce. 1999
Eventuali seminari
Validazione da parte del referee
5
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti
Esperimento: ATER.TRIS
Responsabile nazionale: Giancarlo Gialanella
Sezioni partecipanti:
Genova, ISS, Milano
Elenco partecipanti GE
Affiliaz.
%
Elenco partecipanti MI
P.A.
30
P.A.
Elenco partecipanti ISS
Salvatore Frullani
Sandro Rebora
Mario Conte
Concetta Ronsivalle
Riccardo Bartolini
Affiliaz.
%
Pietro Negri
P.O.
20
30
Giove Dario
Ric. INFN
20
Affiliaz.
%
Franco Gerardi
Ric. TERA
80
Ric. ISS
20
Marco Pullia
Ric. TERA
100
ENEA
20
Paola Tabarelli
Ric. TERA
20
Ric. ISS
50
Eventuali collegamenti internazionali:
Referee: A. Stefanini, Amendolia, Gammino, Pinelli
Riassunto sintetico degli scopi del progetto:
Studio e definizione del sistema di “interfaccia acceleratore – paziente”, composto di testate
rotanti e sistemi di distribuzione della dose al tumore basati sul metodo “attivo” o di scanning al
fine di ottimizzare le tecniche di irraggiamento, dal punto di vista dell'efficacia terapeutica, e di
ridurne i costi, attualmente molto rilevanti.
Finanziamenti ottenuti dall’INFN:
Sezione
Anno 1
Genova
3
Milano
10
Roma ISS
2
Anno 2
Anno 3
Totale
Finanziamenti ottenuti da altri enti:
Eventuali significative variazioni di bilancio e loro giustificazioni:
Acquisti di materiale inventariabile:
Principali risultati raggiunti (con particolare riguardo a ricadute su altri esperimenti o
applicazioni):
Seguendo il programma di lavoro presentato sono state principalmente raccolte informazioni sui
vari progetti di testate e di sistemi di scansione esistenti (PSI Villigen-CH, NPTC Boston-USA,
LLUMC Loma Linda-USA), in fase di realizzazione (Heidelberg-D) e allo studio (Austron,
PIMMS, ecc.). È’ stato possibile identificare i principali criteri di ottimizzazione e i
6
vantaggi/svantaggi delle differenti soluzioni adottate. È’ stato visitato in particolare il centro di
Villigen dove è attivo un gantry eccentrico per protoni e si sono avute informazioni dirette dalla
ditta IBA che costruisce gantry per protoni per il centro di Boston e altri 3 previsti negli USA.
Per quanto riguarda gli ioni la situazione è al solo livello di studio preliminare, tranne al GSI dove
hanno iniziato la realizzazione di alcuni componenti di un gantry isocentrico. Relativamente al
sistema di scansione sono stati analizzati i principali sistemi esistenti e si è iniziata una analisi al
fine di determinare gli effetti delle particolari specifiche di progetto sulle caratteristiche delle
distribuzioni di dose e quindi della efficacia terapeutica.
Eventuali pubblicazioni e note:
Pubblicazioni
Comunicazioni a convegni
A. Rebora - 28mo Convegno Nazionale dell'Associazione Italiana per l'Analisi
delle Sollecitazioni - Vicenza, 8-11 settembre 1999 - Progetto di Testate Rotanti
per Adroterapia Oncologica
Riunioni di lavoro
Eventuali tesi di laurea
Eventuali seminari
Validazione da parte del referee
7
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti
Esperimento ATER.BIOR
Responsabile nazionale: Gialanella Giancarlo
Sezioni partecipanti: LNL, Milano, Napoli, Roma1-ISS
Elenco partecipanti LNL
Laura Baggio
Roberto Cherubini
Silvia Favaretto
Giuliano Moschini
Demetre Zafiropoulos
Elenco partecipanti MI
Bettega Daniela
Calzolari Paola
Massariello Paola
Tallone Lucia
Colombo Ambrogio
Marchesini Renato
Elenco partecipanti NA
Giancarlo Gialanella
Marco Durante
Gianfranco Grossi
Mariagabriella Pugliese
Paola Scampoli
40
30
20
30
10
Affiliaz.
PA
FT
Borsista
PO
Ist. Tum.
Ist. Tum.
%
50
50
50
50
10
10
Elenco partecipanti ISS
Mauro Belli
Orazio Sapora
Giustina Simone
M. Antonella Tabocchini
Eugenio Sorrentino
Affiliaz.
PO
Ric. Un.
PA
FT.
FT
Affiliaz.
ISS
ISS
ISS
ISS
ISS
%
40
40
40
40
40
%
30
10
30
30
100
Eventuali collegamenti internazionali
National Institute of Radiological Sciences a Chiba (Giappone)
Referee Stefanini, Amendolia, Pinelli
Riassunto sintetico degli scopi del progetto
Migliorare la conoscenza delle caratteristiche radiobiofisiche degli adroni carichi allo scopo di
identificarne i potenziali vantaggi in radioterapia e tradurre questi in una ottimizzazione del
trattamento, cioè migliorare il rapporto terapeutico e prevenire effetti indesiderati al tessuto sano.
In particolare, misura della radiosensibilità di linee cellulari umane normali e tumorali, esposte a
fasci di protoni e ioni carbonio, per inattivazione della capacità proliferativa a breve e lungo
termine; studio di effetti molecolari: rotture del DNA e aberrazioni cromosomiche.
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
LNL
25
Milano
25
Napoli
26.150
Roma1- ISS
25
2
3
4
finanziamento globale
Finanziamenti ottenuti da altri enti:
Eventuali significative variazioni di bilancio e loro giustificazioni:
Acquisti di materiale inventariabile
Napoli: Microscopio rovesciato Olympus
8
Principali risultati raggiunti (con particolare riguardo a ricadute su altri esperimenti o
applicazioni)
.
Completamento delle misure di inattivazione cellulare delle 4 linee cellulari umane irraggiate con
fasci di protoni di diversa qualita', in regime di frazionamento di dosi, presso l'acceleratore Van de
Graaff CN da 7 MV dei Lab. Naz di Legnaro e presso il Tandem da 3 MV di Napoli
Determinazione preliminare dell’RBE attraverso la misura delle curve dose-risposta per
l’inattivazione delle stesse linee cellulari con fasci monoenergetici di carbonio di energia pari a 8
MeV/nucleone
Messa a punto del protocollo per la determinazione dell'induzione di inattivazione della capacità
proliferativa nella progenie di cellule sopravvissute all'irraggiamento (effetto denominato in
letteratura morte riproduttiva ritardata )
Pubblicazioni e note
Pubblicazioni
1. M.Belli, D.Bettega, P.Calzolari, F.Cera, R.Cherubini, M. Dalla Vecchia, M.Durante, S.
Favaretto, G.Gialanella, G. Grossi, R. Marchesini, G.Moschini, A.Piazzolla, G.Poli, M.G.
Pugliese, O.Sapora, P. Scampoli, G.Simone, E.Sorrentino, M.A.Tabocchini, L.Tallone, and
P.Tiveron. Inactivation of human normal and tumour cells irradiated with low energy protons.
Int. J.Radiat Biol. accepted for publication October 1999
2. M.Belli, R.Cherubini, M.Dalla Vecchia, V.Dini, G.Moschini, O.Sapora, C.Signoretti, G.Simone, M.A.Tabocchini,
P.Tiveron. DNA dsb induction and rejoining in V79 cells irradiated with light ions: a constant field gel
electrophoresis study. Int. J. Radiat. Biol. (submitted)
3. F. Ballarini, M. Merzagora, F. Monforti, M. Durante, G. Gialanella, G.F. Grossi, M. Pugliese,
A. Ottolenghi. Chromosome aberrations induced by light ions: Monte Carlo simulations based
on a mechanistic model, Int J Radiat Biol, 75, (1999), 35-46
Comunicazioni a Convegni
P. Scampoli, M. Durante, G. F. Grossi, M. Pugliese, and G. Gialanella. Relative biological
effectiveness of low-energy heavy ions. Radiation Research Vol. 1. Proceedings of the Eleventh
International Congress of Radiation Research (Dublin, July 18th-23rd, 1999), Edited by M.
Moriarty, C. Mothersill, and C. Seymour, 273 (1999).
Riunioni di lavoro
Tesi di laurea
1. Paolo Micera, Valutazione della frammentazione del DNA indotta da radiazioni uionizzanti su
singole cellule di origine umana: principi ed applicazione del “comet assay”.
2. Fabio Belloni: Efficacia di ioni di alto LET per l'inattivazione di cellule tumorali umane
resistenti alla radiazione γ: effetti a breve e lungo termine. Tesi di Laurea in Fisica, Università
di Milano, relatori Tallone, Stefanini
3. Giovanna Sampaolo: Efficacia biologica di radiazione ad alto LET per cellule tumorali
resistenti alla radiazione γ. Tesi di Laurea in Fisica, Università di Milano, relatori Tallone,
Stefanini
4. Luciano Iadanza Correlazione tra aberrazioni cromosomiche e sopravvivenza cellulare come
test predittivo in radioterapia. Tesi di Laurea in Fisica, Università di Napoli, relatore Gialanella
9
5. Michelina Casale Caratterizzazione biofisica di fasci di ioni boro e berillio accelerati fino a 12
MeV Tesi di Laurea in Fisica, Università di Napoli, relatore Gialanella
6. Giovanni Zifarelli Misura della curva dose-risposta per la formazione di aberrazioni
cromosomiche indotte da radiazioni con l’ausilio di un sistema semiautomatico di analisi di
immagini microscopiche Tesi di Laurea in Fisica, Università di Napoli, relatore Gialanella
7. Margherita Ricciardi Misura della radiosensibilità di due linee cellulari tumorali irraggiate con
protoni e verifica dell’applicabilità di un nuovo test predittivo per la radioterapia Tesi di Laurea
in Fisica, Università di Napoli, relatore Gialanella
8. Paola D’Avenia Effetti del frazionamento della dose sulla sopravvivenza di cellule epiteliali
umane irraggiate in vitro con protoni e gamma Tesi di Laurea in Fisica, Università di Napoli,
relatore Gialanella
Eventuali seminari
Validazione da parte del referee
10
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti
Esperimento ATER.FIBI
Responsabile nazionale: Gialanella Giancarlo
Sezioni partecipanti:
LNL, Milano, Roma1-ISS, Torino ………
Elenco partecipanti
Elenco partecipanti LNL
Affiliaz.
%
Elenco partecipanti MI
Affiliaz. %
Andrea Ottolenghi
Ric. Un. 40
Fabiana Gramegna
INFN
Roberto Cherubini
INFN
30
Claudio Birattari
P.O.
20
Demetre Zafiropoulos
Elenco partecipanti ISS
INFN
10
Fabio Monforti
Dott.
70
Matteo Merzagora
Bors.
30
Mauro Belli
IISS
30
Francesca Ballarini
Bors.
30
Alessandro Campa
ISS
50
Marco Biaggi
Bors.
50
Ettore Gadioli
PO
20
Elenco partecipanti TO
R.Cirio
INFN
10
Marie Claire Cantone
F.Marchetto
INFN
20
Arialdo Moroni
V.Rolando
Bors.
100
Ric. Un. 50
INFN
10
Eventuali collegamenti internazionali: PSI (Villigen, Svizzera): GSF (Munich, Germania)
Referee Stefanini, Amendolia, Pinelli
Riassunto sintetico degli scopi del progetto
Lo scopo di studiare a livello teorico e sperimentale le caratteristiche fisiche di fasci di
Carbonio in tessuto fino ad energie dell'ordine dei 4 GeV, tenendo conto degli aspetti legati alle
interazioni nucleari, alle interazioni con le shell atomiche (sia degli ioni Carbonio sia delle
particelle secondarie) e alle caratteristiche della struttura di traccia rilevanti per la stima del
controllo del tumore e del rischio ai tessuti sani in radioterapia.
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
LNL
6
Milano
14
Roma1-ISS
5
Torino
5
2
3
4
finanziamento globale
Finanziamenti ottenuti da altri enti:
Eventuali significative variazioni di bilancio e loro giustificazioni:
11
Acquisti di materiale inventariabile
Principali risultati raggiunti (con particolare riguardo a ricadute su altri esperimenti o
applicazioni)
MILANO
È’ stata portata a termine l’attività precedentemente iniziata sui protoni. In particolare, sono state
confrontate le previsioni teoriche sull’effetto biologico a diverse profondità di un picco di Bragg
allargato ottenuto da simulazioni MC (utilizzando un codice opportunamente sviluppato in
collaborazione con A. Ferrari a partire dal codice FLUKA), con misure effettuate presso il PSI di
Villigen. I risultati hanno confermato la correttezza del metodo utilizzato per i protoni ed è quindi
stato impostato lo studio per la sua estensione agli ioni carbonio.
È’ stato effettuata un’analisi teorica approfondita sui modelli esistenti riguardo all’interazione
degli ioni carbonio con la materia. È’ stata inoltre condotta un’analisi dei dati sperimentali
disponibili sulle sezioni d’urto totali di reazione e parziali per frammentazione per i materiali e le
energie d’interesse per la radioterapia. Anche grazie all’inizio di una collaborazione con un gruppo
della NASA (Cucinotta e coll.) è stato possibile individuare quali siano le misure future necessarie
per dare la possibilità di implementare i modelli e i codici esistenti, il cui sviluppo è attualmente
bloccato dalla mancanza di dati sperimentali.
Una prima serie di misure (per diverse energie, fino a 70 MeV/u) verranno effettuate nel 2000 a
Legnaro, Catania e in Sud Africa, nell’ambito di esperimenti di gruppo terzo che hanno ottenuto
finanziamenti aggiuntivi per queste misure. Nel corso del 1999 è stata effettuata una revisione e
una messa a punto dell'apparato di rivelazione MULTICS, presente ai Laboratori Nazionali del
Sud, in vista della sua utilizzazione per lo studio della frammentazione dei fasci di carbonio di
energie 50-70 MeV/u.
LNL
Sono in corso le procedure autorizzative (radioprotezionistiche) per l'accelerazione di ioni
carbonio mediante ALPI.
Discussioni preliminari con il Gruppo di ricerca GARFIELD (Comm. Naz. 3) dei LNL per gli
studi di caratterizzazione dei fasci di ioni Carbonio forniti dal complesso di acceleratori TandemXTU e ALPI dei Lab. Naz di Legnaro dell'INFN mediante l'uso del rivelatore a grande angolo
solido GARFIELD
ISS
Sono state sviluppate tecniche computazionali per facilitare l’acquisizione ed il trattamento dei
dati generati dalle simulazioni con metodi di MC del trasporto del fascio terapeutico.
E’ iniziata l’estensione delle attuali simulazioni dei fasci di protoni in modo da ottenere descrizioni
tridimensionali da inserire nel modello per la valutazione dell’inattivazione cellulare.
TO
Il programma che implementa il modello per il calcolo dell'efficacia biologica e' stato tradotto in
C++. L'algoritmo di calcolo e' stato studiato intensivamente e paragonato con i dati sperimentali
esistenti. E' stato introdotto un modello di ciclo cellulare Si e' sviluppato e migliorato il piano di
trattamento con adroni introducendo una quasi-risoluzione del problema inverso. Anche questo
programma e' in corso di traduzione in C++
Eventuali pubblicazioni e note
Pubblicazioni
1. M. Biaggi, F. Ballarini, W. Burkard, E. Egger, A. Ferrari, A. Ottolenghi
Physical and
biophysical characteristics of a fully modulated 72 MeV therapeutic proton beam: model
predictions and experimental data. Nuclear Instr. and Methods - B, Amsterdam, 159, 89-100
(1999).
12
2. G. Gagliardi, J. Bjhle, I Lax, A. Ottolenghi, F. Eriksson, A Liedberg, P. Lind, L. E. Rutquist,
Radiation Pneumonitis after breast cancer irradiation: analysis of the complication probability
using the relative seriality model Int J Rad Oncol Biol. In press.
3. M.Belli, A.Campa. (1999). The problem of Predicting the Biological Effects in Mixed Fields:
Recent Approaches and Perspectives. In “Risk Evaluation of Cosmic-ray Exposure in LongTerm Manned Space Mission. (K. Fujitaka, H. Majima, K. Ando, H. Yasuda, M. Suzuki Eds.).
Kodansha Scientific Ltd, Tokyo, 1999.
4. S. Berga et al. A code for hadrontherapy treatment planning with the voxelscan method, ,
submitted to Computers in Biology and Medicine.
Comunicazioni a Convegni
G. Gagliardi, J. Bjhle, I Lax, A. Ottolenghi, F. Eriksson, A Liedberg, P. Lind, L. E. Rutquist,
Polmonite da Radiazione in seguito alla radioterapia del tumore alla mammella: applicazione
di un modello NTCP in AIFM, Atti del I congresso nazionale, Firenze, 25-26 giugno 1999 pp.
109-110
F. Ballarini, M. Biaggi, W. Burkard, E. Egger, A. Ferrari, A. Ottolenghi, Model predictions and
experimental data on cell survival in a fully modulated proton beam. The 11th International
Congress of Radiation Research, Dublin, Ireland, July 18-23, 1999, Vol. 1: Abstracts, p. 286
Riunioni di lavoro
Eventuali tesi di laurea
Marco Biaggi: Caratteristiche fisiche e biofisiche di fasci di protoni terapeutici: previsioni teoriche
e dati sperimentali Tesi di Laurea in Fisica, Università di Milano, relatori Claudio Birattari . Dr.
Alfredo Ferrari, Dr. Andrea Ottolenghi
Paola Brizio Sviluppo e implementazione di algoritmi per il calcolo di piani di trattamento in
adroterapia, Tesi di Laurea in Fisica, Università di Torino
Stephane Chauvie Modello per il calcolo dell'efficacia biologica relativa di ioni carbonio per
trattamento terapeutico: implementazione e confronto con dati sperimentali, Tesi di Laurea in
Fisica, Università di Torino
Eventuali seminari
Validazione da parte del referee
13
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti
Esperimento: ATER.EMRI
Responsabile nazionale: G. Gialanella
Sezioni partecipanti: Roma 1- ISS)
Elenco partecipanti
R.F. Laitano,
P. De Felice
A.S. Guerra
Affiliaz.
Ric. Enea,
Ric. Enea,
Ric. Enea,
%
50%
30%
60%
Eventuali collegamenti internazionali
Referee Stefanini, Amendolia, Gammino, Pinelli
Riassunto sintetico degli scopi del progetto: Determinazione di parametri e di fattori correttivi per
la dosimetria di fasci di protoni con camere a ionizzazione
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
Roma 1 - ISS
2
3
4
finanziamento
globale
22,6
Finanziamenti ottenuti da altri enti:
Eventuali significative variazioni di bilancio e loro giustificazioni: nel primo anno i fondi del
cap. “missioni estere” (4 ML) sono stati trasferiti al cap. “consumo” in conseguenza della riduzione
di fondi dai 48 ML previsti ai 28 ML resi effettivamente disponibili. Lo spostamento di capitolo è
stato necessario per poter comunque portare avanti la costruzione dell’apparato sperimentale
essenziale per effettuare le misure presso acceleratori all’estero.
Acquisti di materiale inventariabile
1- Unità di controllo per misure con il calorimetro in grafite (costruita da una ditta specializzata
sulla base di dettagliate indicazioni progettuali).
2- Scheda GPIB (National Instruments) per acquisizione dati mediante PC.
Principali risultati raggiunti (con particolare riguardo a ricadute su altri esperimenti o
applicazioni).
Una parte cospicua dell’impegno nel 1999 ha riguardato la costruzione di alcune importanti
componenti del calorimetro in grafite (“core calorimetrico” e circuito di misura). Sono poi state
effettuate misure di ionizzazione con fasci di fotoni ed elettroni a bassa ed alta dose per impulso,
rispettivamente. Le misure preliminari con camere a ionizzazione ad aria in fasci di elettroni alta
dose per impulso (circa 50 mGy/p) hanno confermato l’elevata entità di ricombinazione ionica
14
(fino al 25%). L’effetto della ricombinazione è solo parzialmente corretto mediante i fattori
correttivi dedotti dalla teoria classica della ricombinazione ionica. Un’ulteriore effetto presente ad
elevate dosi per impulso è quello dovuto alla frazione di elettroni che non formando ioni negativi
migrano direttamente verso l’elettrodo di raccolta (“elettroni liberi”). Anche tenendo conto di
questa componente della carica raccolta rimane una parte di ricombinazione (circa il 4%) che non
si riesce comunque a spiegare e quindi a correggere. Questi risultati preliminari sono stati ottenuti
utilizzando come riferimento assoluto un sistema diverso da quello calorimetrico (tuttora in
costruzione) che, pur non avendo l’accuratezza del calorimetro in grafite, è comunque significativo
per poter confermare l’esistenza di effetti di ricombinazione non descrivibili mediante la teoria
corrente della ricombinazione.
Eventuali pubblicazioni e note
Eventuali seminari
Tesi di laurea: “Determinazione dell’efficienza di raccolta in camere a ionizzazione usate in fasci
di radiazione con elevata dose per impulso”, Univ. di Roma “La Sapienza”, c.l. in Fisica.
Validazione da parte del referee
15
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti
Esperimento ATER.MON
Responsabile nazionale Giancarlo Gialanella
Sezioni partecipanti: Legnaro, Milano, Padova
Elenco partecipanti LNL
P. Colautti V. Conte L. De Nardo V. CesariG.Magrin-
Affilia
z.
INFN
INFN
INFN
INFN
INFN
%
Elenco partecipanti MI
40
30
30
30
40
S. Agosteo - Milano
G. D’Angelo - Milano
Elenco partecipanti PD
G. Tornielli - Pd
Affiliaz.
%
Politecnico
Politecnico
80
100
Univ.
50
Eventuali collegamenti internazionali G.Johnson, Columbia University (N.Y.); P.Ségur,
Université Paul Sabatiér de Toulouse; N.Brassart, P Chauvel, Centre Antoine-Lacassagne (Nice);
D.E.Watt university of St.Andrews (Scotland), F. d’Errico, Yale University, USA.
Referee Stefanini, Amendolia,
Riassunto sintetico degli scopi del progetto
Scopo dell’esperimento è sviluppare l’ R&D per la radioterapia con la tecnica della cattura
neutronica del boro (BNCT). In particolare studiare gli spettri microdosimetrici di fasci di neutroni
termici ed epitermici prima presso la sorgente di neutroni basata su acceleratore dei LNL al fine di
determinare il valore dell’energia delle particelle primarie accelerate che fornisce il campo di
irraggiamento con le caratteristiche più favorevoli al trattamento radioterapeutico in questione.
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
LNL
Padova
Milano
2
3
4
finanziamento
globale
8
5
5
Finanziamenti ottenuti da altri enti: Eventuali significative variazioni di bilancio e loro giustificazioni: Acquisti di materiale inventariabile
----16
Principali risultati raggiunti (con particolare riguardo a ricadute su altri esperimenti o
applicazioni)
E’ opinione dei biologi che la radioterapia con cattura neutronica del boro avvenga per danno
altamente localizzato nel DNA nucleare o in quello dei mitocondri. Il monitor di qualità
microdosimetrica dovrebbe percio’ poter funzionare sia ad 1 µm di simulazione sia a 50 nm. E’
stato percio’ studiato il funzionamento di un TEPC di 13 mm, equipaggiato con griglia di campo,
fino a pressioni di esercizio di 2 mbar, equivalenti a 50 nm di simulazione. Sono state studiate le
condizioni ottimali di lavoro ed è stato misurato il guadagno del gas utilizzando una miscela
tessuto-equivalente a base di gas propano e dimetiletere. Il dimetiletere si è dimostrato essere
migliore a volumi simulati minori di 100 nm.
Il segnale elettronico del TEPC è stato studiato con i due gas di riempimento alle diverse pressioni
di esercizio. Questo permetterà di ottimizzare il nuovo preamplificatore di carica e lo shaper che
equipaggerà il TEPC.
E’ stato progettato, ed è in costruzione, un TEPC di 13 mm di diametro con parete in plastica
Shonka A-150 intercambiabile. Pareti con diverso contenuto di 10B potranno essere montate.
Questo permetterà di studiare il deposito energetico all’interno di una cellula “caricata” con
diverse concentrazioni di 10B.
La struttura moderante per gli irraggiamenti presso il Van de Graaff CN dei LNL è stata
modificata sostituendo il contenitore dell’acqua pesante in acciaio con un analogo apparato in
alluminio passivato. Sono state effettuate misure di spettrometria neutronica nella posizione di
irraggiamento relative a fasci di deutoni nell’intervallo energetico 3.0-7.0 MeV. I risultati delle
misure spettrometriche relative alle diverse energie del fascio accelerato di deutoni saranno
presentate all’International Workshop on Neutron Field Spectrometry in Science, Technology and
Radiation Protection (Pisa, 5-8 June 2000).
Le misure spettrometriche sono effettuate presso la sorgente di neutroni Be(p,n) e Be (d,n)
installata presso l’acceleratore Van de Graaff CN dei LNL. La strumentazione è messa a
disposizione dal Dipartimento di Ingegneria Nucleare del Politecnico di Milano (targhette di
attivazione, rivelatori all’3He e spettrometri a rinculo all’4He) dalla Yale University (rivelatori a
bolle) e dall’ENEA-AMB IRP (rivelatori a termoluminescenza)
.
Eventuali pubblicazioni e note
Eventuali comunicazioni a convegni Eventuali riunioni di lavoro
Eventuali tesi di laurea
1. Katharina Leibner. Coparison of TEPC with C3H8-based T.E. gas-mixture and with
Dimethylether filling gas. DIPLOMA THESIS, Fachhochschule Aachen Abteilung Jülich,
October 1999. M.Müller-Veggian-P.Colautti.
Eventuali seminari
Validazione da parte del referee
17
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti
Esperimento ATER.PIXE
Responsabile nazionale: G. Gialanella
Sezioni partecipanti: Milano , Torino
Elenco partecipanti MI
F.Luraschi
L.Marzoli
P.Tabarelli
Affiliaz.
B.TERA
Specializz.
Ric. TERA
%
100
100
80
Elenco partecipanti TO
R.Cirio
F.Marchetto
C.Peroni
M.Donetti
P.G.Degiorgis
Affiliaz.
Ric. INFN
INFN
Prof. Ass.
Borsista
Dottor.
%
20
10
10
100
100
Eventuali collegamenti internazionali PSI Villigen CH
Referee Stefanini, Amendolia, Gammino, Pinelli
Riassunto sintetico degli scopi del progetto
Studio, realizzazione e test di una camera a ionizzazione ad elettrodi segmentati da utilizzare per
dosimetria relativa di fasci di protoni e per il monitor online dei fasci stessi.
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
Torino
47
Milano
5
2
3
4
fin. globale
Finanziamenti ottenuti da altri enti:
Nel corso del 1999 il Dipartimento di Fisica Sperimentale (al quale afferisce C.Peroni) ha concluso
un contratto con gli Spedali Civili di Brescia per la fornitura di una camera da utilizzare quale
monitor di fascio sull’acceleratore TOP, in fase di costruzione all’ISS di Roma per un totale di
40ML. Inoltre si e’ partecipato ad un programma di ricerca scientifica di rilevante interesse
nazionale del MURST, con lo scopo di sviluppare un dosimetro (camera a ionizzazione a pixel) da
utilizzarsi con fasci terapeutici di fotoni/elettroni per un totale di 56ML (su due anni, 1999 e 2000).
Eventuali significative variazioni di bilancio e loro giustificazioni: Nessuna
Acquisti di materiale inventariabile: Nessuno
Principali risultati raggiunti (con particolare riguardo a ricadute su altri esperimenti o
applicazioni)
L’anno 1999 ci ha permesso di finalizzare (avendo costruito due prototipi) il disegno del rivelatore
(e stiamo realizzando in queste settimane la versione ‘finale’ di rivelatore, 1024 canali di 8mm di
lato per un area sensibile di 25*25cm2) e del chip VLSI di lettura. Sono stati presi contatti con un
industria interessata a produrre e commercializzare questi rivelatori per utilizzazioni sia su fasci di
adroni che di fotoni. Nel corso del 1999 il lavoro e’ avanzato su vari fronti:
18
•
•
•
Disegno e realizzazione di una camera a ionizzazione con uno dei due elettrodi segmentati in
pixel. Abbiamo costruito due prototipi di camera, uno con 1024 pixel ciascuno di 4mm di lato
(per una superficie sensibile totale di 12.8*12.8 cm2) e un secondo con 256 pixel di 1cm di lato
(risultante in una superficie sensibile di 16cm2). I due prototipi sono stati provati su fasci di test
di fotoni (disponibili presso l’Ospedale S.Anna di Torino e gli Spedali Civili di Brescia) e sul
fascio di protoni del PSI di Villigen. I test sui fasci di fotoni sono stati condotti per la facilita’ di
recarsi presso una struttura sempre disponibile; i rivelatori sono stati provati per verificare la
corretta funzionalita’ del rivelatore stesso (rumore di fondo, omogeneita’ di risposta,
riproducibilita’ della risposta). Nel primo prototipo (1024 canali) sono stati evidenziati problemi
legati al disegno dell’anodo (vicinanza di alcune piste di segnale all’alimentazione ad alta
tensione, non schermatura delle piste disegnate sul retro dell’anodo), che abbiamo corretto nel
secondo prototipo (256 canali). I risultati ottenuti sono buoni: l’omogeneita’ di risposta della
camera senza correzioni e’ del 3%, la riproducibilita’ (ossia la ripetibilita’) della risposta e’
dello 0.3%. Questi risultati sono senz’altro adeguati ad un rivelatore che puo’ essere utilizzato
sia come monitor di fascio che come dosimetro relativo.
Disegno e realizzazione di un circuito VLSI per la lettura dei segnali della camera a pixel. Il
circuito disegnato in tecnologia AMS 0.8 m contiene 64 canali in architettura recycling
integrator. Lo stesso chip era stato disegnato nel corso dello sviluppo del Cubo Magico. Questa
versione di chip ha visto il totale ridisegno della parte di comparatore, di contatore e di
sottrazione di carica. Il motivo di tale ridisegno e’ legato al meccanismo di sottrazione della
carica: nella versione precedente, il segnale in carica veniva sottratto all’operazionale in
ingresso dopo un certo ritardo (fisso) dall’operazione del comparatore. In questo modo potevano
verificarsi (come da noi provato nel corso di test sul fascio di carbonio del GSI) dei
malfunzionamenti del circuito, che potevano giungere al completo blocco del funzionamento.
Con un funzionamento in sincrono, tale possibilita’ non puo’ piu’ verificarsi. Il chip e’ stato
mandato alla fonderia nel mese di maggio. A luglio e’ stato testato in laboratorio e abbiamo
scoperto un grave errore nel layout, che metteva in parallelo tutti i canali in ingresso.
Verifica del funzionamento del chip VLSI realizzato per il Cubo Magico dopo irraggiamento
con fotoni e neutroni. Abbiamo verificato che con fotoni da 40kV il guadagno diminuisce del
1% dopo 800Gy; non si misura una variazione del guadagno fino a 5*1012neutroni veloci. Con
queste misure siamo sicuri che i chip possono essere utilizzati senza problemi dovuti alla
radiazione per anni.
•
Pubblicazioni e note
Pubblicazioni
1. A VLSI analog pipeline read-out for electrode segmented ionization chambers. NIM
A426(1999)544-550
2. Performance of a pixel ionization chamber with electron beams. Physica Medica XV n.3
(1999)137-141
Comunicazioni a Convegni
1. Resistance to radiation of a 0.8 m CMOS VLSI readout of instrumentation for
accelerators used in tumor therapy. Radecs 99, Fontevraud 13-17 settembre 1999
2. Ionization segmented pixel chamber: a detector for beam monitoring in radiotherapy. VI
international conference on medical physics Patra 1-4 settembre 1999
3. Recycling integrator: a simple clocked current-to-frequency converter for dosimetry and
beam monitoring in hadrontherapy. VI international conference on medical physics Patra
1-4 settembre 1999
Tesi di laurea
19
1. A.Franceschetti. Studio di una camera a ionizzazione a pixel per controllo di fascio
terapeutico
2. S.Emanuelli. Studio delle caratteristiche di una camera monitor con alta risoluzione spaziale
su un fascio di elettroni
3. E.Rizzi. Studio sperimentale della resistenza alla radiazione X e neutronica di un
microcircuito costruito in tecnologia VLSI per la dosimetria di fasci terapeutici
4. P.Roccia Studio delle prestazioni di una camera a ionizzazione ad elettrodi segmentati in
pixel come monitor di fasci terapeutici di fotoni e protoni
Validazione da parte del referee
20
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti
Esperimento ATER.PROM
Responsabile nazionale Giancarlo Gialanella
Sezioni partecipanti: Legnaro, Padova
Elenco partecipanti
P. Colautti -LNL
V. Conte - LNL
L. DeNardo - LNL
G. Tornielli - Pd
Affiliaz.
INFN
INFN
INFN
Univ.
%
60
70
70
50
Affiliaz.
%
Eventuali collegamenti internazionali G.Johnson, Columbia University (N.Y.); P.Ségur,
Université Paul Sabatiér de Toulouse; N.Brassart, P Chauvel, Centre Antoine-Lacassagne (Nice);
D.E.Watt university of St.Andrews (Scotland).
Referee Stefanini, Amendolia,
Riassunto sintetico degli scopi del progetto
Studio delle caratteristiche microdosimetriche dei fasci di protoni usati per la terapia del melanoma
oculare presso il centro Antoine-Lacassagne di Nizza e presso il laboratorio INFN di Catania.
Costruzione di un rivelatore di ingombro minimo (circa 2 mm) per studiare la qualità del campo di
radiazione di protoni fino a sotto la pelle.
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
LNL
Padova
17
9
2
3
4
finanziamento
globale
17
9
Finanziamenti ottenuti da altri enti: Eventuali significative variazioni di bilancio e loro giustificazioni:
A causa dell’aumentata necessità di materiale di consumo per mantenere a livello operativo il set-up
sperimentale di microdosimetria (riparazione pompa, riparazione di un rivelatore, sdoganamento
sorgenti di calibrazione, componentistica varia), non sono stati fatti acquisti di materiale
inventariabile.
Acquisti di materiale inventariabile
Principali risultati raggiunti (con particolare riguardo a ricadute su altri esperimenti o
applicazioni)
I minirivelatori sono stati utilizzati per acquisire spettri microdosimetrici di fasci di neutroni delle
reazioni 9Be(d,n)10B con diverse energie dei deutoni presso l’acceleratore CN dei LNL. Entrambi i
21
minirivelatori hanno dimostrato di avere una buona risoluzione energetica confrontabile con quella
dei rivelatori più grandi. Tale risultato dimostra che la precisione costruttiva è buona, malgrado le
ridottissime dimensioni delle varie componenti. Misure con fasci di protoni di varia energia
penetranti i rivelatori attraverso un finestra di mylar di 200 µm di diametro, hanno confermato che
il disassamento dell’anodo centrale è minore del 7% cioè 35 µm in termini assoluti (disassamenti
fino al 20%) sono accettabili). Una sorgente di 137Cs è stata utilizzata per studiare la risposta dei
rivelatori ai fotoni che, per essere rilevati con buona efficienza, necessitano di campi elettrici
ridotti abbastanza elevati. Anche in questo caso i minirivelatori hanno confermato di avere
performance simili o migliori ai rivelatori commerciali (che hanno un volume sensibile di 1/2” di
diametro).
Eventuali pubblicazioni e note
Eventuali comunicazioni a convegni Eventuali riunioni di lavoro
Coordinamento programmi ATER,
Valutazione delle caratteristiche di monitoraggio microdosimetrico per TOP
Milano 3-4/6/1999
Roma 26/10/1999
Eventuali tesi di laurea
Pamela Querini, Microdosimetri miniaturizzati per il controllo della qualità dei fasci in
radioterapia adronica., Università di Padova, Facoltà di Scienze, Dipartimento di fisica,
anno accademico 1997-98.
Eventuali seminari
Validazione da parte del referee
22
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti
Esperimento: ATER.TLIP
Responsabile nazionale: Giancarlo Gialanella
Sezioni partecipanti: Catania (Palermo)
Elenco partecipanti
Brai Maria
Bartolotta Antonio
Teri Giovanni
Basile Salvatore
Caputo Vittorio
Affiliaz.
Ct
Ct
Ct
Pa
Ct
%
70
70
100
80
100
Elenco partecipanti
Lo Nigro Salvatore
Conti Antonio
Rosario Rey Zabalza
Raffaele Luigi
Affiliaz.
Ct
Ct
Ct
Ct
%
20
20
100
40
Eventuali collegamenti internazionali
CCO, CLATTEBRIDGE, U.K.; PSI,VILLIGEN, SW, NIZZA, CSI, AMBURGO, D.
Referee Stefanini, Amendolia, Pinelli
Riassunto sintetico degli scopi del progetto
Studio della risposta di materiali dosimetrici a stato solido a radiazioni di diverso LET: dipendenza
dall’energia, dal rateo e dalla dose, con particolare riferimento a fasci di protoni ed ioni leggeri.
Studio di difetti termoluminescenti e di risonanza di spin elettronico..
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
CATANIA
2
14
3
4
=
=
finanziamento
globale
Finanziamenti ottenuti da altri enti:
Cofinanziamento MURST, Comitato Regionale Ricerche Nucleari e Struttura della Materia
Eventuali significative variazioni di bilancio e loro giustificazioni: Nessuna
Acquisti di materiale inventariabile: Nessuno
Principali risultati raggiunti (con particolare riguardo a ricadute su altri esperimenti o
applicazioni)
L’analisi accurata della distribuzione dei difetti in materiali termoluminescenti in seguito ad
irradiazione con protoni ha messo in evidenza una dipendenza dal LET che presuppone il
contributo di interazioni, ancora non completamente chiarite, al rilascio di energia attorno al picco
di Bragg nei materiali dosimetrici e quindi nei tessuti biologici.
Eventuali pubblicazioni e note
Pubblicazioni
23
1. A. Bartolotta, M. Brai,V. De Caro, L.I. Giannola, R. Rap, G. Teri: ESR solid state dosimetry:
comparative behaviour of various materials and blend preparation procedures. Rad.Prot.Dos.
1999, 84, 293-296.
2. A. Bartolotta, M. Brai, G. Cuttone, P. Fattibene, S. Onori, L. Raffaele, G. Teri, L. Torrisi:
Response characteristics of thermoluminescence and alanine/EPR dosimeters to (10-24) MeV.
Rad.Prot.Dos. 1999, 85, 353-356.
3. A. Bartolotta, M. Brai, G. Cuttone, E. Egger, P. Fattibene,A. Kacperek, S. Onori, L. Raffaele,
G. Teri: First Dosimetry Intercomparison Results for the CATANA Project. Phys Medica
1999, 15, 121-130.
4. De Angelis, P.Fattibene, S.Onori, E.Petetti, A.Bartolotta, A.Sansone Santamaria
Transferability of ASTM/NIST alanine-polyethylene recipe at ISS. Appl. Radiat. Isot.. 1999
in press
Comunicazioni a Convegni
1. M. Brai, S. Basile, R. Rey, Bartolotta, G. Cuttone, L. Raffaele, G. Sabini. Glow curve
deconvolution of TL dosimeters response to radiations with different LET. Proceedings VI
EFOMP CONGRESS, Grecia, Settembre 1999, Abstract Phys Medica, vol XV.
2. M. Brai, S. Basile, R. Rey Zabalza, G. Teri, A. Bartolotta Glow curve analysis of LiF dosimeters
irradiated with low energy protons.. Proceedings II NURT – V Nuclear Physics WONP
congress, Havana, Cuba, ottobre 1999.
3. M. Brai, S. Basile, G. Bruno, R. Rey, Bartolotta, G. Cuttone, L. Raffaele, G. Sabini.
Deconvoluzione delle glow curves di TLD-100 irradiati con fasci di protoni di bassa energia.
Atti del I Congresso Nazionale AIFM, Firenze, 1999, pp 167-169.
4. M.Brai, A. Bartolotta, S. Basile, G. Teri, G. Cuttone,: Defect structure of thermoluminescence
dosemeters response to radiations with different LET. Conferenza Nazionale INFM. Abstract
p. 279, Catania, Giugno 1999.
5. M.Brai, A. Bartolotta, S. Basile, G. Bruno, G. Teri, G. Cuttone, R. Rey Zabalza:
Thermoluminescence curves of LiF dosemeters irradiated with proton beams. VI Conferenza
Scientifica Regionale del Comitato Regionale per le Ricerche Nucleari e di Struttura della
Materia, Palermo ottobre 1999.
6. M.Brai, A. Bartolotta, G. Teri et al:ESR evaluation of stable free radicals produced by ionizing
radiation in multifunctional substances. Application for absorbed dose measurements in
radiotherapy. VI Conferenza Scientifica Regionale del Comitato Regionale per le Ricerche
Nucleari e di Struttura della Materia, Palermo ottobre 1999.
7. M.G. Sabini, G.A.P. Cirrone, L. Barone Tonghi, A: Bartolotta, M. Brai, G. Teri, S: Lo Nigro, L:
Raffaele et al. Use of 70 MeV proton beam for medical applications at INFN-LNS: CATANA
project. VI Conferenza Scientifica Regionale del Comitato Regionale per le Ricerche Nucleari e
di Struttura della Materia, Palermo ottobre 1999.
Eventuali seminari
Tesi di laurea:
Validazione da parte del referee
24
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti 1999
Esperimento: ATER/IMAGO
Responsabile nazionale: Giancarlo Gialanella
Sezioni partecipanti: Firenze, Genova, ISS, Napoli
Elenco partecipanti FI
Banci Buonamici F.
Belli Giacomo
Biti Giampaolo
Bucciolini Marta
Compagnucci Antonella
Pallotta Stefania
Santoni Riccardo
Elenco partecipanti GE
Squarcia Sandro
Ferraris Maurizio
Risso Pietro
Affiliaz.
Dip. Osp.
Dip. Osp.
P.O.
P.A.
Dip. Osp.
Coll. Tecn.
Ric. Uni.
%
60
40
40
50
50
60
40
P.A.
B.TERA
20
100
Elenco partecipanti ISS
Caccia Barbara
Fragomeni Riccardo
Mattia Maurizio
Russo Maria Teresa
Valentini Stefano
Elenco partecipanti NA
Gialanella Giancarlo
Scampoli Paola
B. TERA
100
Affiliaz
1 Ric. ISS
Cont. Uni.
Cont. Uni.
B. TERA
Tecn. ISS
%
100
100
100
100
50
P.O.
Tec. Uni.
30
40
Referee A. Stefanini, Amendolia
Riassunto sintetico degli scopi del progetto
Studi sulla trasmissione di dati ed immagini sotto protocolli DICOM, sui metodi per sovrapporre
immagini che provengono da apparati differenti e sullo studio e l’interfacciamento con sistemi di
piani di trattamento sia convenzionali sia per protoni e ioni.
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
Firenze
Genova
ISS/Roma1
Napoli
6
3
1
1
2
3
4
finanziamento
globale
6
3
1
1
Principali risultati raggiunti
Il progetto IMAGO aveva proposte molto ambiziose che però erano state in gran parte
rigettate dalla Commissione. Anche se l'obiettivo di poter acquisire competenze sull'applicabilità di
piani di trattamento è stato considerato valido, non ha trovato altrettanta considerazione la ricerca,
che tutti i gruppi stanno svolgendo, sull'applicabilità delle interfacce DICOM.
DICOM consente di estrarre immagini direttamente dai sistemi PACS di archivio
d'immagini ospedaliere qualora ne siano essi stessi dotati. Questa funzionalità va implementata, ove
richiesto, dagli utilizzatori. E` inoltre necessario che venga implementata la possibilità di
digitalizzare immagini RX tradizionali, come quelle prodotte (nella maggior parte dei casi) dai
simulatori di terapia, ovvero le immagini "portali", acquisite direttamente sotto il fascio terapeutico.
Risulta quindi necessario definire un conformal statement minimale che indichi con
esattezza quali funzionalità DICOM sono implementate su tutti gli apparati in uso. Per gli apparati
25
sprovvisti d'uscita DICOM, occorre produrre degli opportuni convertitori che li mettano in grado di
fornire le immagini in formato standard.
Tutti i gruppi coinvolti hanno continuato a lavorare in questa linea arrivando ottenendo
server DICOM che possono ora simulare le uscite dai PACS.
La sezione di Firenze aveva, come programma di lavoro, l'integrazione di immagini
diagnostiche di natura diversa, con la predisposizione della interfaccia software verso il sistema di
Treatment Planning in uso.
Il gruppo ha studiato la procedura di pianificazione del trattamento radioterapico con
l'utilizzo di diversi strumenti di gestione ed elaborazione di immagini allo scopo di ottimizzare il
trattamento stesso sperimentando una tecnica di registrazione fra immagini da Tomografia
Computerizzata a raggi X e immagini da Risonanza Magnetica Nucleare al fine della pianificazione
del trattamento del carcinoma prostatico con tre diversi algoritmi.
La accuratezza dei differenti metodi è stata valutata confrontando le dimensioni note di un
oggetto (fantoccio sintetico) con quelle calcolate dagli algoritmi di segmentazione evidenziando
scarti tra i dati misurati e quelli noti a priori per le strutture esaminate inferiori al 5%.
Il progetto complessivo, nella sua fase esplorativa, si può dire concluso in attesa di avere
sollecitazioni dal mondo clinico su possibili sviluppi futuri che richiedano mirate attività di ricerca.
Eventuali pubblicazioni e note
Comunicazioni a Convegni
1. Maurizio Ferraris, Paolo Frixione, Sandro Squarcia, "The NORMA Project: a new way for
remote consult in radiotherapy", Proceedings Congresso RSNA Chicago (1999).
2. S. Pallotta, S. Russo, M. Bucciolini, F. Banci Buonamici, G. P. Biti, E.Cellai, "Imaging
Multimodale in Radioterapia", Atti I Congresso Nazionale AIFM, Firenze, (1999), 94.
3. Caccia B., Marchi A., Mattia M." Un'interfaccia di programmazione in Java conforme a
DICOM ", LXXXV Convegno della SIF Pavia 20-24 settembre (1999)
4. Caccia B., Marchi A., Mattia M." Java DICOM Programming Interface (jDPI): a simple tool to
manage medical images through the network ", VI International Conference on Medical Physics
Patrasso 1-4 settembre (1999)
Eventuali tesi di laurea
1. Salami Giuseppina (M.Ferraris, S.Squarcia) Progettazione e realizzazione di un sistema
informativo per la gestione di dati ed immagini in ambiente ospedaliero
2. Stringa Simona (F.Foppiano, S.Squarcia) Implementazione tridimensionale di piani di
trattamento radioterapici
3. Marenco Michele (M.Ferraris, S.Squarcia) Realizzazione di un filtro per l'elaborazione di
immagini DICOM nell'ambito del progetto Eurostore
Validazione da parte del referee
26
COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti 1999
Esperimento: ATER/RATIO
Responsabile nazionale: Giancarlo Gialanella
Sezioni partecipanti: Genova, Milano, Pavia, Torino/Alessandria
Elenco partecipanti
Cazzulo Maria Elena
Osculati Bianca
Squarcia Sandro
Gerardi Franco
Redaelli Nicola
Cattaneo Paolo
Affiliaz.
Spec. Fisan
P.A.
P.A.
Ric. TERA
Ric. INFN
Ric. INFN
%
100
30
20
20
20
20
Montagna Pietro
Scannicchio Domenico
Fava Luciano
Magana Leonel
Panzieri Daniele
Ramello Luciano
Affiliaz.
Ric. Uni.
P.O.
Ric. Uni.
Post.Doc.
P.A.
P.A.
%
50
50
20
20
10
10
Referee A. Stefanini, Amendolia
Riassunto sintetico degli scopi del progetto
Sviluppo di tecnologie pixel e microstrip per la visualizzazione di un tumore, già individuato
tramite TAC ed NMR, e seguirne il movimento.
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
Genova
Milano
Pavia
Torino
6
1
1
1
2
3
4
finanziamento
globale
6
1
1
1
Principali risultati raggiunti
Si sono ottenuti risultati tramite la sperimentazione con il chip Omega 3 sottoposto a raggi X
per:
- imaging di figure sottili metalliche,
- imaging di materiali a basso Z in aria,
- imaging di materiali a basso Z in acqua.
Ci si è concentrati sull'analisi dei risultati ottenuti. Si sono raggiunti i limiti intriseci di
utilizzo di questo chip (avendolo impiegato per uno scopo per il quale non era stato progettato!) e
sono state definite in modo preciso le caratteristiche dell'insieme chip-rivelatore che sarebbe
necessario usare per perseguire lo scopo del progetto. I risultati sono stati pubblicati come INFN
Preprint alla fine dell'anno (INFN / TC_99 / 23).
Inoltre è proseguita la messa a punto di un sistema di imaging per raggi X basato su
rivelatori a microstrip; i risultati sono stati presentati a ottobre 1999 alla conferenza SAMBA
svoltasi a Siegen (Germania).
Apparendo necessaria, dalle conclusioni ottenute, la configurazione di un progetto più
articolato del presente esperimento pilota sia per l'utilizzazione di risorse economiche e umane
adeguate, sia per i costi intrinseci degli apparati, sia per la sincronia temporale del progetto con
l'attività di TERA e del CNAO non ci è sembrato opportuno pensare ad un ulteriore anno di
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sperimentazione, fine a se stessa, perché sarebbe rimasta del tutto sterile, anche considerando
l'evoluzione rapidissima delle tecnologie impiegate.
Abbiamo quindi ritenuto il progetto potesse essere messo in stand-by in attesa che gli
sviluppi della situazione generale ne consentano un utilizzo mirato nell'ambito globale
dell'esperimento ATER.
Eventuali pubblicazioni e note
Pubblicazioni
1 - P.W. Cattaneo, P. Musico, B. Osculati, N. Redaelli, M. Sciutto, S. Squarcia, Experimental
results of fast X-ray imaging with a silicon pixel detectors for the feasibility of an automatic tumor
X-ray survey and tracking system, INFN / TC_99 / 23, Frascati 21/10/1999
Comunicazioni a Convegni
1 - : P.Grybos et al., Characterization of Silicon Strip Detectors with a Binary Readout Chip for Xray Imaging, Presented at the SAMBA workshop, Siegen, October 1999.
Eventuali tesi di laurea
SCIUTTO Marco (B.Osculati, P.Musico) Sviluppo di rivelatori semiconduttori a pixel per
applicazioni nel campo della fisica medica.
Validazione da parte del referee
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COMMISSIONE NAZIONALE V
Modulo consuntivo esperimenti
Esperimento ATER2/PROFRI
Responsabile nazionale: G. Gialanella
Sezioni partecipanti: Roma1-ISS,
Elenco partecipanti
Guidoni Laura
Anna Maria Luciani
Antonella Rosi
Vincenza Viti
Affiliaz.
ISS
ISS
ISS
ISS
%
50
50
25
50
Affiliaz.
%
Eventuali collegamenti internazionali :
Paul Scherrer Institut, Yale University
Referee A. Stefanini, Amendolia, Pinelli
Riassunto sintetico degli scopi del progetto
Realizzazione e messa a punto di dosimetri per protoni per dosimetria relativa tridimensionale su
sistemi fantoccio tessuti equivalenti, mediante la RMN. Il nostro gruppo ha studiato il dosimetro
costituito dal sistema Fricke-agarosio: in questo sistema il rivelatore e' fornito dal solfato ferroso
che viene ossidato dalla radiazione a solfato ferrico mentre il gel di agarosio fornisce la matrice
tridimensionale necessaria per intrappolare gli ioni ferrici che si vengono a formare ed eseguire la
suddetta dosimetria tridimensionale. Sono principalmente i prodotti di radiolisi dell'acqua i
responsabili dell'ossidazione del ferro, anche se la presenza di molecole organiche fornisce un
contributo significativo alla resa.
Finanziamenti ottenuti dall'INFN
Sezione
anno 1
Roma1 Gruppo Sanita’
2
3
4
10
finanziamento
globale
10
Finanziamenti ottenuti da altri enti: ISS 20 Ml
Eventuali significative variazioni di bilancio e loro giustificazioni:
Acquisti di materiale inventariabile
Principali risultati raggiunti (con particolare riguardo a ricadute su altri esperimenti o
applicazioni)
Durante il triennio precedente sono state effettuate diverse serie di immagini ottenute con
un tomografo a NMR operante a 4 T su campioni irraggiati con i fasci protonici all'apparato OPTIS
del PSI a 62MeV e una misura all'apparato GANTRY del PSI a 180 MeV, sia modulando che non
modulando il fascio protonico. Da una prima analisi di questi dati sono emersi alcuni fatti
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interessanti. In primo luogo e' stata osservata l'assenza di una dipendenza significativa della resa del
dosimetro dal LET. Cio' renderebbe molto interessante il possibile impiego del sistema nel campo
della dosimetria relativa. Infatti la risoluzione spaziale ottenibile e' dell'ordine di 0.2-0.3 mm che e'
proprio quella necessaria nei piani di trattamento radioerapici, anche i piu' sofisticati. Le misure
pero' sono ancora affette da un errore non trascurabile dovuto alla diffusione degli ioni ferrici
all'interno del sistema durante il periodo successivo all'irraggiamento e precisamente il periodo che
intercorre tra irraggiamento e misure di RMN e il tempo della misura di RMN.
Poiche' le immagini acquisite erano state finora elaborate usando tecniche standard di
elaborazione di tempi di rilassamento, abbiamo proceduto ad un'analisi piu' sofisticata che ha
permesso una migliore regolarizzazione delle soluzioni. Inoltre, per limitare gli effetti della
diffusione degli ioni ferrici che si formano all'interno del gel in seguito all'irraggiamento, si e’
studiato il comportamento del sistema quando all'interno erano inseriti chelanti degli ioni ferrici. Gli
esperimenti eseguiti hanno indicato che la possibile diminuzione della resa prodotta da questi agenti
e' piccola quando i campioni vengono irraggiati con protoni. Abbiamo proceduto alla misura dei
coefficienti di diffusione poiche' questo parametro puo' essere introdotto nel calcolo che permette di
ricavare la dose a partire dalla misura dei tempi di rilassamento e si puo’ risalire alla distribuzione di
dose al tempo zero. Le misure eseguite con la RMN e la loro successiva modellizzazione hanno
mostrato un ottimo accordo con misure ottiche effettuate presso l’universita’ di Yale con due diverse
modalita’.
Eventuali pubblicazioni e note
Pubblicazioni
1. Bayesian estimation of relaxation times T1 in MR images of irradiated Fricke-agarose
gels. Submitted to Magn. Reson. Imaging
2. MR and optical images of Fricke-agarose in the presence of diffusive phenomena.
Submitted to Phys. Med.
Biol.
Comunicazioni a Convegni
1. F. de Pasquale, G. Sebastiani, P. Marzola, F. d’Errico, E. Egger, L. Guidoni, A.M. Luciani,
M.Pacilio, P. Barone, V. Viti MR images of Fricke-agarose dosimeters irradiated with proton
beams. Proc 1st International Workshop on Radiation Therapy gel dosimetry Lexington,
Kentucky July 21-23, 1999, pp. 178-180.
Riunioni di lavoro
Eventuali tesi di laurea Universita’ di Roma “ La Sapienza”: Francesco de Pasquale. Metodi
Monte Carlo dinamici per l’analisi di immagini RMN Relatore Esterno V. Viti Relatore interno B.
Maraviglia.
Eventuali seminari
Validazione da parte del referee
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