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Tutte le competenze necessarie per questi sviluppi sono presenti tra i ricercatori di Fisica Medica del Dipartimento:<\/p>\n\n\n\n
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- Imaging nucleare, e PET in particolare: studi su scintillatori, partendo dalla caratterizzazione delle propriet\u00e0 di risoluzione spaziale, temporale ed energetica dei materiali scintillanti fino alla valutazione delle diverse strutture dei cristalli (segmentate, continue e composite per la rivelazione della profondit\u00e0 di interazione) e sulle caratteristiche dei fotorivelatori in silicio e dall’ottimizzazione delle loro propriet\u00e0. Un modulo per PET a tempo di volo dotato di elaborazione del segnale potenziata da rete neurale on-chip e caratterizzato da una CTR <200 ps, una risoluzione spaziale intrinseca <1 mm e una risoluzione energetica del 11% \u00e8 stato sviluppato nell\u2019ambito del progetto UTOFPET<\/a>, un progetto europeo Horizon 2020. Gli studi del modulo PET proseguiranno, per valorizzarne le caratteristiche e grazie anche sulla sua scalabilit\u00e0, si prevede di sviluppare sistemi che verranno applicati nell\u2019imaging di piccoli animali, e nel total-body PET.<\/li>\n\n\n\n
- In stretta collaborazione con utenti finali, quali ad esempio l\u2019Istituto di Fisiologia Clinica del CNR<\/a> (IFC), l\u2019AOUP<\/a>, la Fondazione Toscana \u201cGabriele Monasterio\u201d<\/a> o societ\u00e0 high-tech internazionali, si sviluppano sistemi di imaging multimodale, come la PET\/TAC preclinica. Questa attivit\u00e0, altamente interdisciplinare, comprende anche lo sviluppo di software come algoritmi di ricostruzione di immagini 3D (algoritmo iterativi come la ML-EM per la PET e analitico come la retroproiezione filtrata per la TAC) e gli strumenti di acquisizione e calibrazione dati che sono necessari per le applicazioni finali. Il gruppo collabora anche alle applicazioni cliniche o precliniche finali durante la preparazione e l’esecuzione degli esperimenti. Parte di queste attivit\u00e0 sono svolte nell\u2019ambito del nodo italiano Multi-Modal Molecular Imaging di Eurobioimaging<\/a>, che \u00e8 un ERIC (European Research Infrastructure Consortium) che fornisce accesso a servizi avanzati per la ricerca biologica e biomedica. Si sta inoltre lavorando all\u2019installazione, in collaborazione con aziende private e la <\/a>AOUP<\/a>, di un sistema trimodale PET-MR-EEG (progetto EU FP7 TRIMAGE<\/a>).<\/li>\n\n\n\n
- Sistemi per l\u2019imaging 2D e 3D con raggi X, basati su rivelatori a semiconduttore (Si e CdTe) a pixel bump-bondati all\u2019ASIC Timepix4 e letti da un sistema di acquisizione dedicato. Questo sistema \u00e8 stato sviluppato nell\u2019ambito della collaborazione internazionale MEDIPIX<\/a>, di cui fa parte l\u2019INFN<\/a>. Questo sistema verr\u00e0 applicato sia nell\u2019ambito pre-clinico sia in quello clinico in collaborazione con altri Dipartimenti universitari, IFC<\/a> e AOUP<\/a> su applicazioni quali dosimetria e imaging spettrale 2D e 3D.<\/li>\n\n\n\n
- Imaging a Risonanza Magnetica, in collaborazione con l\u2019IRCCS Stella Maris<\/a> e con il suo Centro Ricerche IMAGO7<\/a>, dove sono presenti tomografi a campo clinico e a campo ultra-alto che operano sull\u2019uomo. La ricerca prevede: lo sviluppo di diversi metodi di imaging, attraverso l\u2019esplorazione di vari settori, come ad esempio la costruzione di rivelatori (bobine RF), lo sviluppo di sequenze di impulsi, l\u2019elaborazione dei dati, l\u2019analisi delle immagini, la modellazione computazionale, lo sviluppo di algoritmi di classificazione, e infine l\u2019applicazione nell\u2019uomo, sia per studi di neuroscienze che per la comprensione dei meccanismi fisiopatologici di diverse malattie.<\/li>\n\n\n\n
- Sviluppo e validazione clinica di tecniche di analisi basate sull\u2019intelligenza artificiale, compresi approcci di machine learning e deep learning, che trovano implementazione in diagnostica e in terapia. Le attuali sfide tecnologiche includono diversi metodi di data mining, segmentazione di immagini, strategie per l\u2019annotazione, l\u2019analisi e l’armonizzazione dei dati, l\u2019identificazione di informazioni quantitative nelle immagini, al fine di realizzare sistemi intelligenti per applicazioni dosimetriche, di diagnosi assistita da computer e terapia guidata dalle immagini.<\/li>\n\n\n\n
- Sistemi PET dedicati alla verifica dei piani di trattamento in radioterapia con particelle cariche, collaborando con l\u2019INFN e con i principali centri italiani ed europei per la sperimentazione dei sistemi PET e per lo sviluppo di nuova strumentazione oltre lo stato dell\u2019arte. I sistemi sviluppati vengono impiegati per studi di base (DoPET) e per studi clinici: un trial clinico \u00e8 in corso al CNAO<\/a> utilizzando INSIDE, un sistema che include un sistema in-beam PET per osservare le modifiche morfologiche subite dalla massa tumorale durante la terapia e, se necessario, aggiornare il piano di trattamento. INSIDE \u00e8 una collaborazione tra il Dipartimento di Fisica, INFN<\/a> e CNAO.<\/li>\n\n\n\n
- Le reazioni nucleari che avvengono nel paziente durante l\u2019erogazione di un piano di trattamento in radioterapia con particelle cariche sono anche oggetto di ricerca, puntando a misurare le sezioni d\u2019urto di frammentazione nucleare. Questo studio avviene nell\u2019ambito di una collaborazione internazionale, FOOT, composta da 15 istituzioni e finanziata dall\u2019INFN. FOOT \u00e8 un esperimento composto da diversi sotto-rivelatori, e il gruppo di Fisica Medica coordina le attivit\u00e0 sperimentali del rivelatore dedicato all\u2019identificazione di frammenti nucleari carichi. L\u2019esperimento prender\u00e0 dati nei laboratori del GSI<\/a> in Germania e del CNAO di Pavia. Per le applicazioni di adroterapia e gli esperimenti correlati il gruppo fa parte della Biophysics International Collaboration<\/a> con sede presso GSI.<\/li>\n\n\n\n
- Sviluppo di nuove tecnologie per la radioterapia e in particolare per la radioterapia FLASH, una tecnica molto avanzata, in cui la dose di radiazione (qualche Gy) viene erogata in frazioni di secondo, a differenza della radioterapia convenzionale in cui il trattamento viene suddiviso in pi\u00f9 sedute della durata di alcuni minuti. Nella modalit\u00e0 FLASH, a parit\u00e0 di efficacia sul tessuto tumorale, si \u00e8 osservata una notevole diminuzione della tossicit\u00e0 del trattamento nel tessuto sano attraversato dalla radiazione e ci\u00f2 consentirebbe di curare tumori fino ad oggi non trattabili. Numerosi studi sono in corso per traslare in modo efficace e sicuro questo effetto radiobiologico nella pratica clinica. Per questo \u00e8 stato creato il Centro Pisano Multidisciplinare sulla Ricerca e Implementazione Clinica della Flash Radiotherapy<\/a> che unisce competenze multidisciplinari di Universit\u00e0 di Pisa, AOUP, CNR\u2013Istituto Neuroscienze<\/a>, e INFN. Il gruppo di Fisica Medica ha avuto un ruolo di primo piano nella fondazione del centro ed \u00e8 attualmente coinvolto nello sviluppo di nuova strumentazione e protocolli dosimetrici necessari per la misura accurata della dose di radiazione in regimi ultraintensi.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n
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PET\/CT systems for in-vivo small (e.g., rat) and middle-size (e.g., primate) animal imaging. EJNMMI Phys 9, 10 (2022)<\/a><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n \n![\"\"](\"https:\/\/www.df.unipi.it\/ricerca\/wp-content\/uploads\/sites\/6\/2023\/03\/23.png\")
A therapeutic proton beam interacting with the nuclei of living tissues (cancer patient) leads to beta + radioisotopes, whose distribution can be detected by a PET system integrated in the treatment gantry. Data acquired by INSIDE, developed through a project coordinated by the Department of Physics, currently installed at CNAO<\/a>. Courtesy: M. Moglioni.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Nell\u2019ambito del Dipartimento diversi aspetti della Fisica applicata sono oggetto di sviluppo, in particolare l\u2019Acustica Ambientale e la Fisica Medica.…<\/p>\n
- In stretta collaborazione con utenti finali, quali ad esempio l\u2019Istituto di Fisiologia Clinica del CNR<\/a> (IFC), l\u2019AOUP<\/a>, la Fondazione Toscana \u201cGabriele Monasterio\u201d<\/a> o societ\u00e0 high-tech internazionali, si sviluppano sistemi di imaging multimodale, come la PET\/TAC preclinica. Questa attivit\u00e0, altamente interdisciplinare, comprende anche lo sviluppo di software come algoritmi di ricostruzione di immagini 3D (algoritmo iterativi come la ML-EM per la PET e analitico come la retroproiezione filtrata per la TAC) e gli strumenti di acquisizione e calibrazione dati che sono necessari per le applicazioni finali. Il gruppo collabora anche alle applicazioni cliniche o precliniche finali durante la preparazione e l’esecuzione degli esperimenti. Parte di queste attivit\u00e0 sono svolte nell\u2019ambito del nodo italiano Multi-Modal Molecular Imaging di Eurobioimaging<\/a>, che \u00e8 un ERIC (European Research Infrastructure Consortium) che fornisce accesso a servizi avanzati per la ricerca biologica e biomedica. Si sta inoltre lavorando all\u2019installazione, in collaborazione con aziende private e la <\/a>AOUP<\/a>, di un sistema trimodale PET-MR-EEG (progetto EU FP7 TRIMAGE<\/a>).<\/li>\n\n\n\n