I programmi di ricerca 2018-2020 del centro CNAO e il progetto SPECTRON

Durante il 2019 il Dipartimento R&D ha partecipato, in collaborazione con il CERN (che è il coordinatore) e altri importanti partner internazionali, alla stesura di proposte progettuali che riguardano la realizzazione di un acceleratore di particelle da installare nel Sud Est Europa, avente come soggetto il Consorzio del SEEIIST, per applicazioni cliniche e di ricerca.

I piani di ricerca e sviluppo della Fondazione CNAO hanno previsto inoltre la possibilità di realizzare un gantry per ioni carbonio da collegare al sincrotrone, attraverso una collaborazione con il CERN, MedAustron e INFN, per selezionare e sviluppare un design adeguato alle necessità di CNAO, replicabile eventualmente altrove. Tra i possibili design adottabili, è attualmente in fase di studio quello innovativo e meno conosciuto proposto dal CERN, che prevede un magnete toroidale fisso anziché un sistema rotante.

Sono proseguite anche le attività di studio e implementazione di alcuni metodi per migliorare le performance dell’acceleratore, cercando di adattare l’intensità del fascio al numero di particelle richieste in ciascuno spot, in modo da definire un nuovo percorso di scansione, all’interno del quale aumentare l’intensità e permettere di utilizzare anche intensità più alte di quelle usate abitualmente, senza al contempo rischiare di irraggiare spot con intensità troppo elevata.
Si è pertanto ritenuto utile implementare un secondo schema di estrazione (RFKO), perché ancora più performante di quello al momento utilizzato, nel caso si volessero riutilizzare le particelle non estratte al termine dell’irraggiamento di una fetta, riaccelerandole.

La Ricerca al CNAO si è poi concentrata sul progetto SPECTRON, che si inserisce nell’ambito delle tecniche di acquisizione dati per tomografia ad emissione di positroni (PET) per monitoraggio del percorso delle particelle cariche nel paziente durante un trattamento di adroterapia oncologica. La verifica del range tramite in-beam (ovvero durante l’irraggiamento del paziente) PET è la più efficace, ma anche la più difficile da attuare. Allo stato dell’arte gli eventi PET prodotti mentre il fascio è acceso non vengono acquisiti, benché il segnale sia il più alto possibile, poiché anche il rumore dovuto ai prodotti delle interazioni nucleari del fascio è massimo e dipende dalla precisione di temporizzazione del sistema di acquisizione.
Con il progetto SPECTRON si propone, quindi, una tecnica alternativa e originale per sincronizzare il sistema PET con l’acceleratore, che non richiede hardware aggiuntivo, ma che si basa esclusivamente sull’analisi dei dati acquisiti dal sistema PET, permettendo così l’acquisizione dei segnali anche durante l’erogazione del fascio. Nel 2019 è stato effettuato il primo test con fascio con un prototipo di scanner in-beam PET composto da due teste PET planari 5x5 cm^2 distanti 50 cm l’una dall’altra. Lo scanner è stato posizionato sul lettino e il centro del Field Of View (FOV) (a 25 cm da ciascuna testa) è stato posizionato all’isocentro.