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L’eredità di Enrico Fermi. Le sfide del futuro

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Il CREF promuove linee di ricerca originali e di grande impatto, improntate ai metodi della fisica, ma con un forte carattere interdisciplinare e in relazione con i principali problemi della moderna società della conoscenza.

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CREF nasce con la duplice anima di Centro di Ricerca e di Museo Storico, con l’intento di conservare e diffondere la memoria di Enrico Fermi, oltre che favorire un’ampia diffusione e comunicazione della cultura scientifica.

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Radio e Adroterapia

Responsabile della linea di ricerca
Michela Marafini

Contenuto scientifico e obiettivi

La radio terapia convenzionale, ad oggi capillarmente diffusa, potrebbe cambiare in modo sostanziale: è stato dimostrato che la somministrazione di una determinata dose in un lasso di tempo molto ristretto aumenta l’efficacia del trattamento, riducendo il danno ai tessuti sani e limitando l’insorgenza di effetti collaterali come tumori secondari. Questo fenomeno viene chiamato effetto Flash.

Il Progetto FlashDC – Flash Dosimeter Counter – si colloca nell’ambito della ricerca per la Scienza della Vita. In particolare, FlashDC si prefigge di sperimentare l’efficacia ed i benefici dell’applicazione di un elevato rateo di dose sulle cellule tumorali sviluppando un rivelatore innovativo per il monitoring e la caratterizzazione dei fasci di elettroni in modalità Flash basato sulla tecnica di rivelazione della fluorescenza. Ad oggi lo sviluppo di strumenti che permettono di eseguire il monitor di fasci Flash rappresenta il maggior ostacolo alla reale applicazione di questa tecnologia.

Si intende procedere con le seguenti attività:

  • Misure a fasci di elettroni erogati in modalità flash di un sistema di rivelatore di monitoring ottimizzato: sulla base dei risultati ottenuti nel 2022-2023 si vuole disegnare ed implementare un sistema di beam monitor commercializzabile ed utilizzabile in ambiente clinico. 
  • Analisi dei dati raccolti e caratterizzazione del detector in termini di risoluzioni nella misura dei parametri di interesse. I prototipi e i rivelatori ottimizzati verranno dunque testati in laboratorio e presso fasci terapeutici al fine di verificarne il corretto funzionamento, di evidenziarne i punti di forza e di mettere in luce gli eventuali elementi critici.
  • Valutazione tramite lo sviluppo di una simulazione Monte Carlo delle caratteristiche del detector in via di sviluppo, valutazione del segnale e dei fondi attesi.
  • SIT Sordina – Aprilia (LT), Italia 
  • Istituto Curie – Paris, France 
  • CNAO – Pavia, Italia
  • GSI – Darmstadt, Germania 
  • APPS – Trento, Italia 
  • FBK – Trento, Italia 
  • Dipartimento SBAI – Università di Roma‚ La Sapienza.
  • Istituto Nucleare di Fisica Nucleare (INFN) 
  • G.Franciosini et al. “GPU-accelerated Monte Carlo simulation of electron and photon interactions for radiotherapy applications” Physics in Medicine and Biology (2023) 68(4),044001 Open Access doi: 10.1088/1361-6560/aca1f2
  • G.Cartechi et al. “Loading the tumor with 31P, 63Cu and 89Y provides an in vivo prompt gamma-based range verification for therapeutic protons” Frontiers in Physics (2023) 11,1071981 Open Access doi: 10.3389/fphy.2023.1071981 
  • A.Kraan et al. “Calibration and performance assessment of the TOF-Wall detector of the FOOT experiment” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment (2023) 1045,167615 doi: 10.1016/j.nima.2022.167615 
  • M. Toppi et al. “Elemental fragmentation cross sections for a 16O beam of 400 MeV/u kinetic ener- gy interacting with a graphite target using the FOOT E-TOF detectors”. In: Frontiers in Physics 10 (2022) Open Access doi: 10.3389/fphy.2022.979229. 
  • Trigilio et al. “The FlashDC project: Development of a beam monitor for FLASH radiotherapy”. In: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 1041 (2022). doi: 10.1016/j.nima.2022.167334. 
  • M. Moglioni et al. “In-vivo range verification analysis with in-beam PET data for patients treated with proton therapy at CNAO”. In: Frontiers in Oncology (2022) 12,929949 Open Access doi: 10.3389/fonc.2022.929949. 
  • M. De Simoni et al. “A Data-Driven Fragmentation Model for Carbon Therapy GPU-Accelerated Monte- Carlo Dose Recalculation”. In: Frontiers in Oncology 12 (2022) Open Access doi: 10.3389/fonc.2022.780784. 
  • A.Kraan et al. “Localization of anatomical changes in patients during proton therapy with in-beam PET monitoring: A voxel-based morphometry approach exploiting Monte Carlo simulations” Medical Physics (2022) 49(1), pp. 23-40 Open Access doi: 10.1002/mp.15336

Il Progetto è stato finanziato dalla Regione Lazio tramite il progetto FlashDC RSI2020. Il finanziamento totale del progetto ammonta a 149,667euro, la parte di finanziamento relativo al CREF ammonta a 81,118 euro mentre la parte relativa al dipartimento SBAI è di 68,558 euro. La durata del progetto è di 30 mesi con inizio ad aprile 2021.

  • Michela Marafini, Ricercatrice CREF 
  • Ricercatori CREF: Marco Garbini 
  • Ricercatori INFN: Giacomo Traini 
  • Prof. Sapienza: Vincenzo Patera, Alessio Sarti, Adalberto Sciubba, Marco Toppi, Angelo Schiavi 
  • Dottorandi, Assegnisti esterni: Antonio Trigilio, Angelica De Gregorio, Gaia Franciosini
  • Borsista (5 mesi, CREF): Annalisa Muscato