RDH08-WP1(2,5) IRPT-M3 Giugno 2015

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1 RDH08-WP1(2,5) IRPT-M3 Giugno 2015 A. Attili, F. Dalmasso, V. Ferrero, G. Russo, A. Cometto, F. Torriani, L. Manganaro, S. Giordanengo, A.Vignati, V. Monaco, A.C. Kraan, P. Cerello, S. Visentin, G. Battistoni, F. Marchetto, et al.

2 Riepilogo attività (WP1) - Studi preliminari per 4D-Planning: inclusione e studio degli effetti temporali dell irraggiamento (movimento paziente e struttura temporale del fascio) nei trattamenti a partire dai dati del dose-delivery e del tracking del paziente al CNAO. (WP1) - Modellizzazione ed inclusione dell oxygen enhancement ratio (OER) nella simulazione dei trattamenti. Studio dell efficacia sul controllo tumorale di diversi tipi di ioni attraverso simulazioni su pazienti (casi di tumore Head & Neck). (WP1-WP2): Modellizzazione degli effetti indotti da nanoparticlelle d oro (GNP) nell irraggiamento con fotoni 6 MV e 15 MV e benchmark su dati sperimentali per cellule MDA-MB-231 (carcinoma alla mammella). Inclusione dell effetto nelle simulazioni dei trattamenti e valutazione dell impatto clinico nel caso di trattamenti per tumore alla mammella attraverso simulazioni su pazienti. (WP1-WP5): Studi preliminari per l estensione degli algoritmi di calcolo del TPS per la ricostruzione della dose dei trattamenti a partire dai dati di attività PET. Studio di fattibilità della ricostruzione della dose attraverso simulazioni Monte Carlo (Fluka) di attività indotta da fasci di protoni in fantocci con geometrie semplici. Tutorial pubblici per l uso del TPS PlanKIT : Alghero, Maggio 2014; Torino, Marzo 2015.

3 Collaborazioni internazionali e trasferimento tecnologico Collaborazioni: MGH Boston, per l'inclusione dei modelli basati sull'mkm sviluppati a Torino nella piattaforma "Topas" per la simulazione di trattamenti in proton-terapia. Il proposal ERA-NET, TRANSCAN-02 non ha vinto il finanziamento. Richiesta esplicita da Trento (TIFPA) per l uso di PlanKit (proposal grant INFN) Coinvolti il GSI/APSS/IBA/I-See nel proposal Implementazione del beam model di Trento in PlanKit Possibilità di usare diversi modelli radiobiologici TT: Attività di sviluppo, supporto e promozione di "PlanKIT" tramite I-See/IBA Accordo finalizzato IBA/RaySearch labs. + INFN/CNAO, per l'inclusione di "PlanKIT" in "RayStation" (piattaforma TPS di RaySearch) Una piattaforma RayStation verrà installata alla sez. di Torino per attività di ricerca. European Patent Pending Method and device for computing in a volume physical and/or radiobiological quantities induced by an ion beam.

4 Finanziamento IRPT Spese sostenute 2015 Finanziamento previsto 2016 Acquisto server di calcolo ~ 8 k Missioni e partecipazione a conferenze ~ 4 k (richiesta per RDH) Assegno di ricerca (Federico Dalmasso) Missioni e partecipazione a conferenze... Attivazione secondo assegno di ricerca

5 Anagrafica WP Andrea Attili Ricercatore 50% Federico Dalmasso Assegno di ricerca 100% Anna Vignati Assegno di ricerca 30% Simona Giordanengo Art. 36 (?) 20% Flavio Marchetto Dirigente di ricerca

6 Pubblicazioni principali F. Torriani, C. Mingioni, G. Russo, F. Dalmasso, S. Giordanengo, F. Bourhaleb, G. Battistoni, A.C. Kraan, A. Attili et al., Tumor control in ion beam radiotherapy with different ions in presence of hypoxia, in preparation, to be submitted to Physics in Medicine and Biology. V. Ferrero, G. Visonà, F. Dalmasso, A. Gobbato, P. Cerello, S. Visentin, L. Strigari, A. Attili, Assessment of therapeutic benefits of targeted dose enhancement in radiotherapy for breast cancer with gold nanoparticles: a treatment planning study, submitted to Physics in Medicine and Biology. G. Russo, A. Attili, G. Battistoni, D. Bertrand, F. Bourhaleb, F. Cappucci, M. Ciocca, A. Mairani, F.M. Milian, S. Molinelli, M.C. Morone, S. Muraro, T. Orts, V. Patera, P. Sala, E. Schmitt, G. Vivaldo, F. Marchetto, A novel algorithm for the calculation of the physical and biological irradiation effect in scanned ion beam therapy: the beamlet superposition approach", submitted to Physics in Medicine and Biology. [accepted with moderate revisions] L. Polster, J. Schuemann, I. Rinaldi, L. Burigo, A. McNamara, R. Stewart, A. Attili, D. Carlson, T. Sato, J. Ramos-Mendez, B. Faddegon, J. Perl and H. Paganetti, Extension of TOPAS for the simulation of proton radiation effects considering molecular and cellular endpoints, Phys. Med. Biol. 60 (2015) Cometto A, Russo G, Bourhaleb F, Milian FM, Giordanengo S, Marchetto F, Cirio R, Attili A, Direct evaluation of radiobiological parameters from clinical data in the case of ion beam therapy: an alternative approach to the relative biological effectiveness, Physics in Medicine and Biology, Volume 59, (2014), pp (25)

7 Presentazioni a Conferenze (2015) V. Ferrero, G. Visonà, P. Cerello, L. Strigari, F. Dalmasso, A. Attili, Evaluation of the therapeutic optimality in radiotherapy for breast cancer with targeted gold nanoparticles, ESTRO 2015 (European SocieTy for Radiotherapy & Oncology), April 24-28, Barcelona [talk] A. Attili, F. Torriani, C. Mingioni, G. Russo, F. Dalmasso, S. Giordanengo, F. Bourhaleb, G. Battistoni, F. Marchetto, R. Cirio, A treatment planning study of the clinical optimality of ion beam therapy with different ions in presence of hypoxia, ESTRO 2015 (European SocieTy for Radiotherapy & Oncology), April 24-28, Barcelona [poster] L. Manganaro, A. Attili, F. Dalmasso, G. Russo, S. Giordanengo, A. Vignati, F. Bourhaleb, Advanced modeling of the temporal effects in particle therapy: from radiobiological evaluations to treatment planning, PTCOG 2015 (Particle Therapy CO-Operative Group), May 21st to 23rd, San Diego CA [talk] F. Dalmasso, D. Vai, F. Bourhaleb, A. Attili, Bayesian approach for Monte Carlo based treatment planning optimization in ion beam therapy, May 21st to 23rd, San Diego CA [poster] A. Attili, A.C. Kraan, F. Dalmasso, A. Vignati, S.Giordanengo, G. Battistoni, Activity-equivalent path length approach for the 3D PET-based dose reconstruction in proton therapy, AAPM 2015 (American Association of Physicists in Medicine), July Anaheim CA [poster] A. Attili, F. Torriani, G. Russo, F. Dalmasso, S. Giordanengo, F. Bourhaleb, G. Battistoni, A.C. Kraan, R. Cirio, Tumor control in ion beam radiotherapy with different ions in presence of hypoxia, AAPM 2015 (American Association of Physicists in Medicine), July Anaheim CA [poster]

8 Highlights delle attività svolte/in corso

9 Studi preliminari per 4D-Planning Scanning path for different energy layers (MeV/u) Ricostruzione del rilascio di dose in presenza di movimento (respirazione): Inclusione di 4D-CT e dei dati temporali di scansione dei fasci; utilizzo di DVF per la ricostruzione della dose. Simulazioni di trattamenti (dati DDS e tracing del paziente CNAO). Studi preliminari per la valutazione della robustezza dei piani. Lavoro in corso per la reimplementazione degli algoritmi pencil-beam su CUDA per calcolo on-line e verifica del delivery (RiDOS) Timedependent partial irradiations Impact of movement on DVHs planned real delivery Deformation Vector Field (DVF) for lung movements

10 Modellizzazione dell Oxygen Enhancement Ratio (OER) Sviluppo di un nuovo modello per l OER (basato sull MKM): dipendenza dell OER per diversi tipi di ione; dipendenza dell OER per diverse dosi per frazione. Il modello è stato validato su dati riportati in letteratura (He, C, Ne). Inclusione nel TPS e studi metodologici (frazionamento, livello di ipossia, size effects, ecc...). Studio preliminare dell impatto dei diversi tipi di ione in presenza di diversi scenari di ipossia sulla probabilità di controllo tumorale nel caso di glioma pediatrico. OER maps

11 Modellizzazione della nano Amplified Targeted Therapy (natt) Simulazioni (Geant4-DNA) per la valutazione del rilascio di energia in presenza di GNP su scala nanometrica (irraggiamento con fotoni e protoni). Sviluppo di un nuovo modello basato sull effetto locale (LEM) per la valutazione dell effetto radiobiologico benchmark su dati di sopravvivenza cellulare (MDA-MB-231) riportati in letteratura. Studi preliminari dell efficacia terapeutica: inclusione del modello nella simulazione di trattamenti di carcinoma alla mammella e valutazioni TCP/NTCP CTV healthy breast Uptake (#GNPs) decreasing uptake selectivity increasing uptake RBE

12 Studi preliminari per la ricostruzione della dose di trattamenti a partire da attività PET local range variation along the beam Studi per identificare una metodologia per la ricostruzione della distribuzione di dose a partire dai dati PET. Approccio AEPL (activity equivalent path length) e benchmark su simulazioni di SOBP di fantocci disomogenei bone Lavoro in corso per la ricostruzione a partire da (WP5). Studio per un approccio alternativo al MC per la valutazione delle mappe di attività indotta nei calcoli TPS basato su algoritmi veloci di tipo pencil-beam. dose (Gy) reference SOBP in inhomogeneous phantom air dose reconstructed from PET activity

13 Modellizzazione delle correlazioni spaziotemporali del rilascio di dose Estensione del Microdosimetry Kinetic Model per l inclusione degli effetti temporali del rilascio di dose MCt-MKM : approccio Monte Carlo per la valutazione delle correlazioni spazio-temporali tra le tracce nel nucleo Inclusione del modello nel TPS. Studio preliminare dell impatto clinico della struttura di rilascio della dose (protrazione del trattamento per repainting) nel caso di glioma pediatrico con diversi tipi di ioni. Impostazione del problema generale dell ottimizzazione temporale del rilascio di dose splitted dose experiment

F O R M A T O E U R O P E O

F O R M A T O E U R O P E O F O R M A T O E U R O P E O P E R I L C U R R I C U L U M V I T A E INFORMAZIONI PERSONALI Nome PIRAS SARA Indirizzo Via Fonseca 58, 09134, Cagliari Telefono (+39) 0706095458-0706095458 Fax 0706092003

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