RDH: (dopo TPS, PRIMA+, OFFSET ecc.) Roma, 2 Maggio

Dal Verbale di Settembre 2012 E' un esperimento complesso, senza un obiettivo univoco. Dichiaratamente si propone di coordinare le varie iniziative di R&D in campo di adroterapia, e di facilitare sinergie tra i vari gruppi. Potenzialmente un esperimento del genere si pone come candidato per partecipare a call Ministeriali o Europee, potendo utilizzare varie competenze. Valgono le seguenti considerazioni: - l'INFN ha un interesse di ricerca rivolto verso l'adroterapia, è un dato di fatto che si è concretizzato con molteplici esperimenti nel corso degli ultimi anni. Inoltre l'INFN ha contribuito pesantemente alla messa in funzione del CNAO, è stata con CATANA un precursore nel campo e ha stretto un accordo di R&D per trasferimento tecnologico con IBA; - è ragionevole ritenere che questo settore continui ad essere oggetto di richieste di R&D che vengono portate all'attenzione della Commissione V.

Quadro riassuntivo WP1 (Kernel TPS): approvato per un anno; WP2 (Radiobiologia): non approvato; WP3 (pCT): approvato per 3 anni; WP4 (Range detector): approvato per un anno; WP5 (Imaging per monitoring): approvato per un anno; WP6 (Framm. nucleare): approvato per 3 anni; WP7 (High int. beam monitor): approvato per 3 anni; WP8 (Sorgenti di ioni per adroterapia): approvato per 3 anni;

Sinergie auspicate che si stanno realizzando WP5: Prin INSIDE: iniziato a Febbraio all’INFN (resp. G.B.) Ass. Ric. 2 anni Euro finanziamento Prezioso per WP5 Attivita’ iniziata in collaborazione con il CNAO

Altri coinvolgimenti INFN su adroterapia in atto Nuovo accordo attuativo convenzione quadro (fino a marzo 2014): -Linea di ricerca (acceleratori, fuori dello scope RDH) -Dose delivery (in parte fuori dallo scope RDH) -Radiobiologia -Altra attivita’ di Ricerca (copre ed estende RDH)

Auspicabile in futuro: Premiale IRPT (Innovation in Radio- and Particle-Therapy) (estendendo il programma) Copre (estendendo il programma) molti WP di RDH Nuovo WP di radiobiologia (solo Milano e Roma 3): uso dei radiosensibilizzanti (se approvato si vorrebbe riconoscerlo anche in RDH) Cosa auspichiamo: fondi per assegni dedicati, co- finanziamento per non gravare su CSN5 Aggiunge: – linea dell’occhio con scanning attivo al CNAO (+Pavia) – Dosimetria a diamante per IMRT (+Lecce, after DIAPIX)

Coordinatore Tecnico per le infrastrutture L. Celona INFN - LNS Responsabile Amministrativo A. Sirica INFN - AC Modulo 1 Realizzazione di una linea terapuetica per l'occhio LNS, Pavia P. Cirrone, A. Rimoldi Modulo 2 Sviluppo di una nuova sorgente per ioni LNS S.Gammino, L. Celona Modulo 3 Piani di Trattamento Innovativi Torino, Milano A. Attili Modulo 4 Imaging per adroterapia Firenze, Cagliari, Catania, LNS, Pisa, Sassari, Milano, Roma 2 M. Bruzzi, V. Rosso Modulo 5 Rivelatore di Range Residuo Catania D. Lo Presti Modulo 6 Beam monitor per fasci adroterapici Torino (R. Sacchi) Modulo 7 Ricerca radiobiologica sui radio- sensibilizzanti Milano, Roma 3 D. Bettega, C. Tnzarella Modulo 8 Dosimetra a Diamante per IMRT Firenze, Lecce, Milano- Bicocca, Catania (M. Bruzzi) Coordinatore Tecnico per la Ricerca F. Marchetto INFN - Torino Coordinatore del Progetto e Responsabile Scientifico G. Battistoni INFN - Milano Organizzazione/Team di Progetto

Richiesta di riconsiderazione WP2 per il 2013: (LNL e Roma3)  Assegno INFN a LNL completamento del programma di attivita‘ gia’ previsto per TPS: - 11 Giugno 2013 presso i LNS-Catania: misure all'acceleratore CS con ioni carbonio di 62MeV/amu (all'ingresso e sul SOBP) - 10 Luglio 2013 presso i LNL-Legnaro: misure all'acceleratore TANDEM con ioni carbonio di energia pari a 100 MeV (8MeV/amu ca.) - In data da (ri-)definire presso il CNAO: misure con il fascio di ioni carbonio, in due posizioni lungo il SOBP Ovviamente a queste misure fara' seguito l'analisi dati complessiva finale.

Misure gia' eseguiti nei primi mesi di quest'anno 2013 a costo 0 per la CSN Febbraio 2013 : misure presso l'acceleratore TANDEM-ALPI con ioni carbonio di 20 MeV/amu - 12 Marzo 2013 : misure presso l'acceleratore TANDEM-ALPI con ioni carbonio di 20 MeV/amu

Richieste WP2 (solo continuazione programma ex-TPS) LNL: 2 k€ Missioni 2 k€ Consumo Roma 3: 3 k€ Missioni 2 k€ Consumo Nuovi items:  per Luglio speriamo di avere conferma di IRPT per la questione radiosensibilizzanti. L’argomento e’ stato suggerito da R. Orecchia (UNIMI e IEO), radioterapista del CNAO, ai radiobiologi di Milano.  E’ stata quindi presentata una proposta di attivita’ approvata da CNAO (mail del Segretario Generale del 7 Feb 2013)

WP1 KTPS Validation  nuovo accordo con la IBA di un anno in via di formalizzazione o Commissioning of the CNAO beamlines o Planned measurements at CNAO TPS Research  attivita’ di ricerca che puo’/deve continuare oltre il 2013 o "Novel" Ions (PTCOG52) o PIDE radiobiological database analysis o TPS tools & sharing

 prossima attivita’ di validazione al CNAO il 5 Maggio. Coinvolgimento della IBA (strumentazione particolare messa a disposizione) Validazione

Risultati di ricerche collaterali

WP3 In corso: per il nuovo prototipo (5x20 cm 2 ) integrazione di un modulo xy in silicio del nuovo tracker con calorimetro e test sotto fascio programmato per la seconda metà del 2013 (Milestone WP3) Invited : VCI 2013, February Vienna INCP 2013, Firenze June ICAE 2013, November South Corea IWORID Paris, June 2013 First tomographic images were reconstructed with FBP with encouraging results -Even using the information on two planes only and without cuts on events good quality images were obtained. Resolution could be improved further: During acquisition: refining the angular sampling and increasing the number of events During data analysis: with cuts on angles and energy

WP4 In corso: Sottomissione ERC starting grant consolidator; Collaborazione con ST microelectronics e proposta di partecipazione al consorzio europeo ARTEMIS riservato alle industrie. Philips health-care capofila IBA partner First year ( 2013 ) Geant4 simulations of the residual range detector; Definition of the main specifications for the design; Design of the first prototype of the residual range detector; Bottom-up test of the building blocks from the mechanical and optical point of view; Definition of the assembling procedure. Design of the front-end board (modular and scalable); Design of the DAQ firmware and software (modular and scalable).  Sulla base di queste iniziative e in caso di approvazione del premiale IRPT e’ definibile un programma preciso oltre il 2013.

WP5 1) PET in beam: the in-beam PET prototype is working (4 modules vs 4 modules) 2) Carichi e fotoni prompt

Experimental-data 99MeV z x y proton PMMA FLUKA: 1D distribution of annihilations Isotope contribution (99 MeV) Experimental CNAO: proton beams on PMMA off-beam acq. Comparison of the position of the 50% fall-off between FLUKA simulation and data for proton energies 93, 97.5, 99, and 112 MeVs 1mm accuracy The error bar represents the  value of the fit.

Images of the reconstructed 2D activity distribution in the y-z plane. Only off-beam acquisition Δt=12min dotted line, only in- beam acquisition Δt=3 min continuous line. A total ←dose of 10 Gy was delivered to the PMMA phantom. The in-beam acq. possible thanks to the new DAQ system. DAQ boards, hosted on an FPGA-based motherboard, perform the data acquisition The data are transferred to a PC via USB connection. Coincidence window ∆t~10ns ↓ Gy in and off- beam data Off-beam: 12’ Experimental CATANA :62 MeV proton beam on PMMA in-beam and off-beam acquisition In-beam: 3’ in-beam off-beam

Dose profiler per gamma e carichi

Primi risultati (test al GSI finanziato da altro ente)  Lavoro di integrazione dei sistemi (PET + Profiler) e’ in corso. L’attivita’ sicuramente va avanti per almeno due anni

WP6  Troppo presto per definire un programma su ioni alternativi (He, O) che pure interessano l’adroterapia (Heildeberg in particolare)

WP7 Iniziata la costruzione delle camera Necessita’ di fasci alta intensita’: forse possibile una simulazione della struttura temporale con il fascio di protoni LNS Simulazione nuovo chip: increment frequenza (x5) + (x2-3). In caso di necessita’ ulteriore: nuova architettura -> Progetto Premiale Possibile interesse di To per nuovo Dose Delivery per cyclinac (ADAM, CERN, AVO)

WP8 PAPERS - D. Mascali, L. Celona, S. Gammino, G. Castro, R. Miracoli, L. Malferrari, F. Odorici, G. P. Veronese, R. Rizzoli, T. Serafino, Generation mechanism and new damping of method of suprathermal electrons in a multi-mirror ECR machine, submitted to Plasma Sources Science and Technology. - G. Castro et al., Ion acceleration in non-equilibrium plasmas driven by fast drifting electron, Appl. Surf. Science D R1 (2012) - D. Mascali et al. Non-linear heating of plasma in off-resonance mode, in preparation for Physical Review Letters - C. Caliri et al. X-ray imaging of a plasma heated by off-resonance discharge, in preparation for Plasma Sources Science and Technology - G. Castro et al. Characterization of an overdense plasma through Langmuir probe and small-wire antenna in EBW-heating regime, in preparation for Plasma Sources Science and Technology - D. Mascali et al. A new X-ray source based on a stationary magnetized plasma, in preparation for Journal of X-ray Spectroscopy CONFERENCES IN 2013 Partecipation to the 2013 International Conference on Ion Sources is foreseen for next September (Chiba, Japan). A contribution on wave-plasma interaction (modeling and simulations) will be also presented at the20th Topical Conference on RF power in Plasmas, that will be held in Sorrento, Italy, on next June. Milestone raggiungibile nei tempi previsti

Measurements at GSI: marzo 2013 impact of the pumping wave frequency on the X-ray spectra for either intermediate and high energy levels Measurements at GSI: marzo 2013 impact of the pumping wave frequency on the X-ray spectra for either intermediate and high energy levels SDD detector for warm electron component HpGe detector for hot electron component 6,5617 keV± 0, ,338 GHz 8,5279 keV± 0, ,5017GHz The fine tuning of the frequency produced strong changes in the energy spectrum, reflecting on the warm plasma temperature.

Attività parallele -Progettazione della sorgente PS-ESS : il campo magnetico è variabile, in modo da poter eccitare Bernstein waves. Ovviamente bisognerà verificare che con l’ aumento della densità del plasma (e quindi della corrente di fascio) non ci sia un aumento dell’emittanza del fascio estratto. -Progettazione della sorgente per adroterapia AISHa : la sinergia con RDH è ben più evidente, come già detto in fase di presentazione.a

Conclusioni Il coordinamento in adroterapia sta cominciado a dare dei frutti Sinergie e contatti fra diversi WP stanno iniziando a funzionare Alcuni problemi di personale (a tempo) stanno trovando soluzione (vedi WP2) Utile coesistenza di attivita’ con diverso finanziamento Una vera e propria attivita’ sperimentale al CNAO sta cominciando In prospettiva c’e’ un interessante output gia’ nel 2013 per quanto riguarda produzione scientifica (in termine di articoli) Prospettive di alcune collaborazioni industriali in corso di definizione Rimangono dei problemi di finanziamento: aspettiamo di capire l’esito della proposta di progetto premiale