ioni carbonio

Transcript

ioni carbonio

ACCELERATORI DI PARTICELLE NELLA TERAPIA
DEI TUMORI
Ugo Amaldi
Fondazione TERA e Università Milano Bicocca
Insegnanti italiani - UA - 9.9.13
1
Gli acceleratori
2
1930: invenzione del ‘ciclotrone’ per ricerche in fisica
nucleare
traiettoria a spirale
di un nucleo
accelerato fino a
Ernest
Lawrence
decine di MeV
(milioni di elettronvolt)
Ciclotrone da 1 MeV per protoni
3
1930: invenzione del ‘ciclotrone’ per ricerche in fisica
nucleare
traiettoria a spirale
di un nucleo
accelerato fino a
Ernest
Lawrence
decine di MeV
(milioni di elettronvolt)
Ciclotrone da 1 MeV per protoni
ciclotrone moderno
4
L’invenzione del “sincrotrone”: 1945
Il sincrotrone per elettroni
da 1000 MeV
Frascati INFN - 1959
Campo magnetico
verticale
traiettoria circolare delle
particelle accelerate in un
sincrotrone
5
1947: invenzione del “ linac” per elettroni
William W. Hansen
a Stanford
Con i fratelli Varian
Primo linac
1.5 MeV
6
Un acceleratore lineare (linac) di elettroni
Elettroni da 10 MeV
bersaglio
X
collimatore variabile
Cortesia di Elekta
X = fotoni
1 000 000
volte più
energetici di
quelli della
luceitaliani - UA
Insegnanti
tumore
- 9.9.13
7
Un acceleratore lineare (linac) di elettroni
Elettroni da 10 MeV
bersaglio
X
collimatore variabile
X = fotoni
1 000 000
volte più
energetici di
quelli della
luceitaliani - UA
Insegnanti
Cortesia di Elekta
In Italia vi sono circa 350 linac per elettroni
tumore
20.000 pazienti su 10 milioni di abitanti
sono irradiari ogni anno in 30 sessioni
- 9.9.13
8
Effetti delle radiazioni
9
Ma i raggi X hanno due problemi:
1. l’energia che distrugge le cellule tumorali è distribuita
2. vi sono tumori “radioresistenti” ai raggi X e ai protoni
10
Ma i raggi X hanno due problemi:
1. l’energia che distrugge le cellule tumorali è distribuita
2. vi sono tumori “radioresistenti” ai raggi X e ai protoni
protoni oppure
Raggi
raggi X
X
ioni carbonio
11
Vantaggio dei protoni e degli ioni carbonio rispetto
ai raggi X
TUMORE
protoni: 200 MeV
ioni C: 5000 MeV
dose relativa (%)
raggi X
protoni e ioni carbonio
penetrazione in tessuto (cm)
12
ai raggi X
TUMORE
protoni: 200 MeV
ioni C: 5000 MeV
dose relativa (%)
raggi X
1. Con protoni e
ioni carbonio si
risparmiano i
tessuti sani
9 fasci di raggi X
4 fasci di adroni
Si ringrazia PSI -- Villigen
13
ai raggi X
TUMORE
protoni: 200 MeV
ioni C: 5000 MeV
dose relativa (%)
raggi X
1. Con protoni e
ioni carbonio si
risparmiano i
tessuti sani
Poiché 5000/200 = 25 quando un ione
carbonio traversa un nucleo cellulare
produce nel DNA 25 volte piu’ ionizzazioni
30 cm
5000 MeV carbon ions
d=4 nm
4 cm
d=2 nm
d=0.3 nm
14
ai raggi X
TUMORE
protoni: 200 MeV
ioni C: 5000 MeV
dose relativa (%)
raggi X
1. Con protoni e
ioni carbonio si
risparmiano i
tessuti sani
Poiché 5000/200 = 25 quando un ione
carbonio traversa un nucleo cellulare
produce nel DNA 25 volte piu’ ionizzazioni
30 cm
5000 MeV carbon ions
d=4 nm
4 cm
d=2 nm
2. Gli ioni carbonio
uccidono le cellule
dei tumori
radioresistenti
meglio dei raggi X
e dei protoni
d=0.3 nm
15
Esempio di risultati ottenuti con i protoni
100%
98%
Condrosarcomas, protons
70%
Control
(%)
Cordomas, protons
<35%
conventional RT
5 years
10 years
15 years
16
Tablella del
Prof. G. Kraft
2007
Esempi di risultati ottenuti con gli ioni carbonio
Indicazione
Risultato
Raggi X
Ioni carbonio a
HIMAC-Giappone
Tumori dei seni
paranasali
Controllo
locale a 5 anni
21 %
63 %
Tumori primari del
fegato
Sopravvivenza
a 5 anni
23 %
100 %
Tumori delle
ghiandole salivari
Controllo
locale a 5 anni
24-28 %
70 %
Carcinomi dei
tessuti molli
Sopravvivenza
a 5 anni
31 – 75 %
52 -83 %
17
Pazienti italiani di adroterapia
(in Italia 120 000 pazienti all’anno sono irradiati con raggi X)
Risultati di analisi europee di ENLIGHT
Protoni:
Ioni carbonio:
TOTALE
12%
cioè
15.000
pazienti all’anno
3%
cioè
3.600
pazienti all’anno
15%
cioè
18.600
pazienti all’anno
18
Pazienti italianio di adroterapia
(in Italia 120 000 pazienti all’anno sono irradiati con raggi X)
Risultati di analisi europee di ENLIGHT
Protoni:
Ioni carbonio:
TOTALE
12%
cioè
15.000
pazienti all’anno
3%
cioè
3.600
pazienti all’anno
15%
cioè
18.600
pazienti all’anno
Per questo l’ Associazione Italiana di Radioterapia Oncologica
nel 2004 ha previsto per l’Italia:
5 centri di protonterapia
1 centro per ioni carbonio
19
Centri di terapia con protoni
20
Centri ospedalieri di protonterapia dei tumori solidi profondi
Centro ATRAP a Trento
Ciclotrone:
Testata rotante
protoni da
230 MeV
IBA
21
Centro ATRAP a Trento
Ciclotrone:
Testata rotante
protoni da
230 MeV
IBA
Otto ditte offrono oggi centri chiavi in mano: 150 M€
MA, se gli acceleratori per protoni fossero piccoli come quelli
per terapia convenzionale, non ci sarebbero piú linac per raggi X
22
Ciclotrone “normale”
Sincrot
IBA
4 acceleratori commerciali da
230-250 MeV
Mitsubishi
Sincrotrone
Hitachi
Hitachi
Varian
23
Ciclotrone supercondu
ACCEL-Varian PT facility in Munich
Ciclotrone superconduttore
Varian
Rinecker Proton Therapy Center (RPTC)
Monaco di Raviera
mber of systems contracted to industry
© 2006
La protonterapia
sta esplodendo
24
I siti trattati
con adroni
Nel mondo
38 centri di
protonterapia
100.000 pazienti
(+ 10% all’anno)
ioni carbonio:
10.000 pazienti
80% in Giappone
(HIMAC)
25
Centri di terapia con ioni carbonio e protoni
26
HIMAC vicino a Tokyo: primo centro al mondo
Yasuo Hirao
Primo paziente: 1994
Hirohiko Tsujii
7500 pts 1994-2012
27
HIMAC vicino a Tokyo: primo centro al mondo
Completato: 2011
First patient: 1994
Testata rotante
superconduttrice
In Giapponi oggi altri due centri “duali”
per ioni carbonio e protoni
28
Heidelberg Ion Therapy centre
HIT
Primo paziente: Settembre 2009
A oggi: 1500 patients
sorgenti di ioni
sincrotrone
LINAC
sale di trattamento
di Siemens
testata rotante da
600 tonnellate
29
Fondazione per la Terapia Con Radiazioni Adroniche
 Fondazione non- profit creata il 15 settembre 1992
sede amministrativa: Novara
laboratori e uffici:
CERN
 Due programmi (in collaborazione con il CERN) in 21 anni:
Sincrotrone per ioni carbonio: passato alla Fondazione
CNAO (2004)
Linac (acceleratori lineari) per protoni: progetti A.D.A.M.
(2008) e TULIP
30
Primo programma di TERA: CNAO
Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica
per ioni carbonio (e protoni)
Dal 2001
Fondazione CNAO
(5 Ospedali + TERA)
è responsabile della
costruzione a Pavia
Progetto
PIMMS/TERA
Nel 2004 TERA ha
consegnato 2000 pagine
di specifiche e disegni
e 25 persone
1
2
3
25 m
31
Primo programma di TERA: CNAO
Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica
per ioni carbonio (e protoni)
Dal 2001
Fondazione CNAO
(5 Ospedali + TERA)
è responsabile della
costruzione a Pavia
Progetto
PIMMS/TERA
Nel 2004 TERA ha
consegnato 2000 pagine
di specifiche e disegni
e 25 persone
1
2
3
25 m
Investimento 125 M€
Min. Salute: 80 M€
Reg. Lombardia: 10 M€
Fondazione Cariplo: 5 M€
Banca Eur. Invest.:30 M€
NEL 2004 INFN È DIVENUTO MEMBRO ISTITUZIONALE
ASSUMENDO IMPORTATI RESPONSABILITÀ
NELLA COSTRUZIONE DEL CNAO
32
CNAO sul sito di Pavia
Edificio Ospedaliero
Alta Tecnologia
Ioni carbonio da 4800 MeV e prtoni da 250 MeV
Fondazione CNAO
Presidente: Dott. E. Borloni
Segretario Generale: Dott. S. Rossi (CNAO, ex-TERA)
Direttore Scientifico: Prof. R. Orecchia (UniMi e TERA)
33
CNAO = Centro Nazionale di Adroterapia at Pavia
Edificio del
sincrotrone
Edificio
ospedaliero
34
Ricevimento
dei pazienti
35
36
Visione prospettica
del CNAO
37
Il sincrotrone
2 sorgenti
iinac - 7 MeV/u
quadrupolo
magnete deflettore
cavità a RF
38
Primo paziente: settembre 2011
Oggi: 150 pazienti in tre sale
39
“Single-room facilities” per la protonterapia
40
Nel lungo termine I trattamenti con protoni saraano fatti in
“single-room facilities”
Risultati di
ENLIGHT- 2004
41
Nel lungo termine I trattamenti con protoni saraano fatti in
“single-room facilities”
Risultati di
ENLIGHT- 2004
1 sala per protoni ogni
8 sale per raggi X,
che sono
in 3-4 ospedali vicini e
servono 1,5-2 millioni di
cittadini
42
“Single-room facility” di MeVion
(il sincrociclotrone rotante è stato disegnato da MIT)
otron prototype
Sincrociclotrone
superconduttore da
9 tesla !!
43
“Single-room facility” di MeVion
SRS PT treatment room
(il sincrociclotrone rotante è stato disegnato da MIT)
Rotazione ± 110°
Monarch 250
≅30 M€
© 2006
(con schermature)
44
“Single-room facility” di IBA : Proteus One
Nuovo sincrociclotrone
superconduttore
PROTEUS ONE
45
“Single-room facility” di IBA : Proteus One
Rotazione ± 110°
Nuovo sincrociclotrone
superconduttore
30 m
PROTEUS ONE
46
“Single-room facility” di TERA: TULIP
24 MeV
cyclotron
450 m2
con le schermature
47
TULIP (*), il centro TERA con una sola sala
di trattamento
(*) TUrning LInac for Protontherapy
48
Prototipo di nuovo LINAC per protoni costruito e
provato nel 2003 da TERA-CERN-INFN
3 GHz: Cell Coupled Linac a onda stazionaria
quadrupolo permanente
1.3 m
Elemento di base:
“half-cell”
Summer Students - 31.7.13 - UA
49
Unità di base di un linac
Sezione del linac
klystron
Modulatore
50
“Turning Linac for Protontherapy” è una
“single-room facility” per 1,5-2 milioni di abitanti
Il ciclotrone da 24 MeV è
un prodotto commerciale
della
24 MeV
cyclotron
ACSI (Canada)
Il linac è fatto di 11 Unità
450 m2
con le schermature
51
TULIP a 3 GHz ed elevati gradienti (E0 = 30 MV/m)
10 MW klystron
della Thales
Modulatore a
stato solido
Scandinova
Rotazione: +-110°
≤230 MeV
24 MeV
TR24
accesso del
paziente
undici
10 MW klystrons
52
Il ciclotrone TR24 della ACSI (Canada)
170 cm
53
TULIP a 3 GHz ed elevati gradienti (E0 = 30 MV/m)
“Scanning Magnet”
SM1
“Scanning Magnet”
SM2
area di
trattamento:
20x20 cm2
54
Un linac è meglio di un ciclotrone e di un sincrotrone
Il tumore è coperto in 2 minuti al tasso di 100 spot/secondo
(in 2 minuti 12 000 spot )
e ogni spot puo’ essere aggiustato in TRE DIMENSIONI
(2 trasversali e 1 LONGITUDINALE)
30 cm
bersaglio
protoni
fino a 230 MeV
tumorale
Fascio di protoni
che perde energia in materia
55
Un linac è meglio di un ciclotrone e di un sincrotrone
Il tumore è coperto in 2 minuti al tasso di 100 spot/secondo
(in 2 minuti 12 000 spot )
e ogni spot puo’ essere aggiustato in TRE DIMENSIONI
(2 trasversali e 1 LONGITUDINALE)
30 cm
bersaglio
protoni
di 230 MeV
tumorale
Fascio di protoni
che perde energia in materia
Metodo ottimale per seguire i tumori che si muovono
56
The output energy of a cyclinac can be varied in 2/3
ms
Ciclotrone
SM1 e SM2
linac
accettanza
in impulso:
± 2%
± 15 mm
57
Proprietà dei fasci dei diversi acceleratori
Acceleratore
Il fascio è
sempre
presente
Aggiustamento
elettronico
del’energia
Tempo necessario
a cambiare
energia
Ciclotrone
SI
NO
100 ms
- (*)
Sincrotrone
NO
SI
1 secondo
LINAC
SI
SI
≤ 5 millisecondi
(*) Muovendo assorbitori
58
Proprietà dei fasci dei diversi acceleratori
Acceleratore
Il fascio è
sempre
presente
Aggiustamento
elettronico
del’energia
Tempo necessario
a cambiare
energia
Ciclotrone
SI
NO
100 ms
- (*)
Sincrotrone
NO
SI
1 secondo
LINAC
SI
SI
≤ 5 millisecondi
(*) Muovendo assorbitori
Si varia l’energia
cambiando potenza e
fase degli impulsi RF
dei klystron
Il fascio è ideale per
“dipingere” molte
volte il tumore
seguendolo nei suoi
movimenti
59
CNAO in Pavia
FINE
60
Funzionamento di un linac per adroni
+
+●-
-
+
+●-
-
+
+●
gruppo di protoni
61
-
●
-- -
+
+ ●-
-
+
+●-
-
gruppo di protoni
62
+
+●-
-
+
+●-
-
+
+●
gruppo di protoni
63

ioni carbonio

Transcript

Documenti analoghi

Acceleratori per Adroterapia

Il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologia di Pavia Ugo Amaldi

programmi di ricerca 2015-2017 - Centro Nazionale di Adroterapia

Prometheus - INFN Bologna

gli acceleratori nella terapia dei tumori

08 - TT 1 CHIMICA

formato

Chemical shifts di protoni (CH , CH o CH) in posizione α rispetto ad

ANALYSIS ADROTERAPIA NEL MONDO di Ugo Amaldi

Corona pdf, 332.69 kB

Scheda libraio

HAURATON ITALIA S