Il Progetto Treatment Planning System (TPS) (2011: anno 2.5)

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1 Il Progetto Treatment Planning System (TPS) (2011: anno 2.5) In parte finanziato e controllato anche dal Progetto Strategico INFN-MED Progetto di collaborazione industriale con IBA in seguito ad accordo INFN-IBA IBA Torino, Roma 2, Roma 3, LNS, LNL, LNF, Pisa, Napoli, Milano, Cagliari (new entry 2011): Milano: G.Battistoni, A.Mairani*, S. Muraro**, P.Sala D.Bettega, P. Calzolari Assegno scade ott ** Assegno su fondi IBA

2 TPS: produzione di Treatment Planning innovativo per adroterapia con ioni Con lo scopo di: Sviluppare un Treatment Planning Systems (TPS) innovativo per la terapia con fasci di ioni. Produrre un software certificato e pronto all uso in collaborazione con un partner industriale => Gruppo IBA, con il contributo di Elekta (software). Effettuare indagini radiobiologiche specifiche. Instaurare una collaborazione con lo CNAO in Italia per il test. Instaurare collaborazioni scientifiche con altri Istituti Europei per gli aspetti riguardanti la fisica nucleare: esperimento sulla frammentazione al GSI. Disegnato essenzialmente per ioni carbonio ma con la flessibilita per includere altre specie di ioni e protoni; supporta un sistema di distribuzione di scanning attivo; include una valutazione 3D delle distribuzioni di dose fisica e delle distribuzioni RBE; effettua l ottimizzazione biologica del trattamento; tiene conto della eterogenea risposta biologica da differenti tessuti (multitissue); effettua ottimizzazione da differenti campi (multi-field).

3 Aree di competenza rilevanti nell INFN Fisica Nucleare Simulazioni MC Algoritmi di ottimizzazione Radiobiologia Sperimentale Monitoring in beam Milano Stretta collaborazione con Torino per il task Ottimizzazione La produzione del kernel del TPS è condotta secondo un protocollo di Quality Control di software industriale ( con una ditta ingaggiata dalla IBA)

4 MonteCarlo a Milano: consuntivo e previsioni ATTIVITA' Produzione database per pencil beam di protoni per verifica procedura e ottimizzazione dei parametri di simulazione 2. Redesign e prima produzione database per ioni carbonio 3. Possibilita di considerare in simulazione ripple filter e nozzle CNAO 4. Produzione di routine generali per caricamento di tabelle di parametri (alpha, beta) per modello LEM ATTIVITA' PREVISTA PER L'ANNO Continuazione ed estensione della produzione del database 2. Proseguimento implementazione generale del "Radiobiological Weighting" nel MonteCarlo 3. Continuazione delle Simulazioni per gli esperimenti a Catania e altri laboratori: simulazione effetto radiobiologico 4. Consulenza per le simulazioni per l'esperimento al GSI 5. Collaborazione con FLUKA per sviluppo e ottimizzazione dei modelli di interazione nucleare 6. Preparazione di un primo tool dimostrativo di verifica TPS mediante codice MC.

5 Esempio attività MC a Milano nel 2010: generazione di un database per Proton/Carbon pencil beam Adattamento della genenerazione automatica di una geometria segmentata per 12C e protoni. Database caricato in struttura mysql

6 TPS_ RASTA E uno studio radiobiologico, condotto in collaborazione con la Sezione di Napoli, sugli effetti della radiazione di alto LET in cellule umane derivate da tumori celebrali umani di elevata radioresistenza alla radioterapia convenzionale, in presenza e non di radiosensibilizzanti. Si utilizzano : fasci di ioni Carbonio di diversa energia (diverso LET) e, per confronto, fasci di fotoni, in presenza e in assenza di un radiosensibilizzante (temozolomide, TMZ) usato nella pratica clinica della radioterapia convenzionale Si misurano: inattivazione della capacità proliferativa cellulare (sopravvivenza), progressione nel ciclo cellulare, induzione di apoptosi in diverse linee di glioblastoma umano.

7 Lavoro svolto ( 2010, primo semestre) a) Sopravvivenza di cellule di glioblastomi umani a fasci di ioni carbonio ( 6.7 MeV/amu, 218 kev/micron, Tandem LNL) e a fasci di fotoni da 6 MeV, (Istituto Tumori) in funzione della dose. 1 LN229 cells 1 U373 cells 218 kev/µm C-ions 6 MeV photons 218 kev/µm C-ions 6 MeV photons Dose ( Gy ) Dose ( Gy )

8 b)effetti del TMZ sulla sopravvivenza di cellule di glioblastomi umani esposti a fasci di ioni carbonio ( 6.7 MeV/amu, 218 kev/micron, Tandem LNL) ed a fasci di fotoni di 6 Mev. 1 LN229 cells 218 kev/ µm C-ions 218 kev/ µm C-ions +20µM TMZ 1 U373 cells 218 kev/µm C-ions 218 kev/µm C-ions + 50µM TMZ Dose ( Gy ) Dose ( Gy ) 1 1 U373 cells 6 MeV photons 6 MeV photons + 50µM TMZ LN229 cells 6 MeV photons 6 MeV photons + 20 µm TMZ 1E Dose (Gy) Dose ( Gy )

9 Lavoro previsto per 2 semestre 2010: Curve di sopravvenza a ioni carbonio da 19 MeV/amu, 94 kev/micron ad ALPI (LNL) con e senza TMZ Consolidamento dati sopravvivenza ai fotoni con e senza TMZ Curve di crescita e analisi della progressione nel ciclo cellulare dopo irraggiamento con fotoni con e senza TMZ

10 Lavoro previsto per 2011 Consolidamento dati sopravvivenza agli ioni carbonio (6.7 MeV/amu, 218 kev/micron, Tandem LNL) in presenza e non di TMZ Curve di sopravvenza a ioni carbonio da 60 MeV/amu, 50 kev/micron ( CS presso LNS) con e senza TMZ Curve di crescita e analisi della progressione nel ciclo cellulare dopo irraggiamento con ioni carbonio con e senza TMZ Analisi dati per il calcolo dell efficacia biologica relativa ( RBE )

11 Anagrafica e Preventivi Provvisori G. Battistoni 50 % P. Sala 20 % S. Muraro 100 % D. Bettega 100 % P. Calzolari 100 % M.I keuro M.E. 6.5 Consumo Lab Licenze soft. 0.5 Inventario 1.0