LUIGI PICARDI – UTAPRAD ENEA Frascati Acceleratori Medicali e PMI Laziali LUIGI PICARDI – UTAPRAD ENEA Frascati Novembre 2011

Sommario Brevi cenni storici Dai piccoli acceleratori di elettroni per IORT agli acceleratori per protoni in ENEA Adroterapia e protonterapia Il progetto TOP IMPLART Conclusioni

Origini Il laboratorio acceleratori dell’ENEA a Frascati che oggi è incluso nella Unità Tecnica Applicazione delle Radiazioni) (UTAPRAD) è una propaggine del gruppo macchina dell’elettrosincrotrone di Frascati degli anni ’60.-’70

Acceleratori di Elettroni Dopo la chiusura del sincrotrone, nel 1974, le competenze di fisica degli acceleratori di particelle presenti nel CNEN (ora ENEA) furono messe a disposizione della innovazione in campo applicativo e, in particolare, medicale. Lavorando sinergicamente con altri laboratori interni come quelli in Casaccia di Radiobiologia e di Metrologia delle radiazioni e con realtà esterne come ISS, INFN, IRCSS come l’IFO, ed Università, tali competenze furono trasferite alla Società HITESYS (ex Irvin Systems) di Aprilia. Ciò consentì la realizzazione del sistema per Radioterapia Intraoperatoria (IORT) NOVAC7 (prima macchina installata in un ospedale nel 1997)

Radioterapia IntraOperatoria (IORT) Acceleratori per Radioterapia IntraOperatoria (IORT) La IORT è una modalità di trattamento radioterapico che consiste nella somministrazione di una dose elevata (circa 1/3 di quella di una RT tradizionale) di radiazione al residuo tumorale o al letto tumorale esposto chirurgicamente tramite un fascio collimato di elettroni. Peculiarità: possibilità dell’impiego diretto in sala operatoria LINAC Realizzato presso la TSC di Fiumincino LINAC Realizzato da NRT-Aprilia La ditta Hitesys su cui ENEA fece trasferimento di know-how negli anni ‘90 si è poi sciolta dando origine a due nuove società La NRT, erede diretta della Hitesys situata negli stessi locali ad Aprilia, continua a produrre il Novac 7 La SORDINA con sedi operative a Treviso e a Roma che produce il modello LIAC, il cui prototipo fu realizzato tramite il progetto IORT finanziato nel 2001-2003 dal MIUR Piu’ di 40 macchine, tra NOVAC7 e LIAC, sono operative in strutture ospedaliere. Tali sistemi si stanno diffondendo anche sul mercato estero sia europeo che transoceanico. L’ENEA promuove ulteriori sviluppi. Unico altro competitor in campo interazione: Mobetron della società INTRAOP Mercato in espansione – ottimi risultati riferiti annualmente alla Conf Internaz ISIORT Target principali: TUMORI DELLA MAMMELLA, TUMORI DEL RETTO LOCALMENTE AVANZATI, TUMORI DELLO STOMACO ed altri

Ulteriori sviluppi in campo IORT Cavità in Banda S LINAC IORT12 in banda C Realizzato presso la TSC di Fiumincino La società ADAM che, collabora anche con la NRT, ha commissionato ad ENEA uno studio per lo sviluppo di sistemi compatti in banda C (5712 MHz) finalizzati a diverse applicazioni tra cui la IORT. La banda C riduce pesi e dimensioni da metà a 1/3. Cavità in Banda C LINAC IORT12 in banda C Realizzato presso la TSC di Fiumincino

Adroterapia e Protonterapia Adroterapia = radioterapia con protoni e ioni Protonterapia = radioterapia con protoni Vantaggio rispetto alle altre tecniche: Selettività spaziale che implica una terapia conformazionale Maggior Risparmio degli organi sani Picco di Bragg Assenza di irradiazione oltre una certa profondità

Protonterapia a modulazione di intensità: IMPT Mutuando le tecniche radioterapiche più avanzate (IMRT) con fasci di fotoni, si possono ottenere con i protoni concentrazioni di dose ancora più conformi (IMPT). 7 campi con IMRT 2 campi con IMPT Confronto tra IMRT e IMPT DIFFERENZA TRA IMRT E IMPT

In rosso i Centri già operativi, in blu quelli operativi tra 2 anni Diffusione della PT nel mondo In rosso i Centri già operativi, in blu quelli operativi tra 2 anni

Diffusione della PT in Italia Rapporto dell’AIRO del 2004: i tumori trattabili con PT sono 16000/anno Categoria A (tumori per cui la PT è elettiva):melanoma uveale e i tumori della base cranica e della colonna vertebrale (cordomi, sarcomi e meningiomi) Categoria B (tumori per cui la PT è vantaggiosa): prostata, polmone, fegato, esofago e distretto cervico-cefalico … si può stimare come necessario un numero di 4 o 5 centri di protonterapia distribuiti per bacini di utenza di circa dieci milioni di abitanti nelle diverse aree geografiche del nord, centro e sud dell’ Italia (AIRO – 2004)

Ostacoli alla diffusione capillare della PT Gigantismo Costi di impianto Costi di gestione Ritorno economico tardivo Radioterapia Convenzionale Area di sviluppo di un impianto moderno di protonterapia Riduzione di Costi di impianto Costi di gestione Ritorno economico rapido Adroterapia - CNAO

Sistemi commerciali per Protoni con Ciclotroni costo impianto 80-130 M€

Sistemi per protoni e ioni con Sincrotroni Costo impianto 100 – 200 M€

In fase di sperimentazione su paziente ITALIA: Impianto CATANA (Catania) ed impianto CNA (Pavia) SOLO MELANOMA OCULARE In fase di sperimentazione su paziente

The TOP- IMPLART Project In 2008 the TOP-IMPLART (Intensity Modulated Proton Linear Accelerator for RadioTherapy) was setup in collaboration with con ISS e IFO, with the aim of building a protontherapy linac to be housed in the largest oncological hospital in Rome, IFO. In 2010 it was approved the Funding of the project with a 11 M€ grant from Regione Lazio, Innovation Department TOP-IMPLART Logo

TOP IMPLART Layout Fase 1, 150 MeV, Tumori superficiali e Testa-collo Tutti i tumori Final Objective: A protonherapy centre based on a 230 MeV accelerator setup in two phases. Involved Institutes: ENEA (technical units: APRAD, BIORAD), ISS, IFO Involved Companies : NRT, CECOM, ADAM, TSC, … Fundings: First phase, 11 M€ got from Regione Lazio, Innovation Department, construction of the accelerator up to 150 MeV, in Frascati ENEA centre. Total cost estimate 40-45 ML

IMPLART-150 Accelerator Prototype Funded by Regione Lazio

modulo #1 SCDTL SVILUPPO DEI COMPONENTI Realizzato da Busato e Satta (Fiumicino) per Progetto TOP Realizzato da TSC srl (Fiumicino) per Progetto SPARKLE In realizzazione da CECOM-NRT per Progetto ISPAN (Regione Lazio)

The ISPAN Project ISPAN Project 2009 – 2011 (Ongoing) 570 kEuro grant from Regione Lazio– FILAS Setup of a Radiobiology facility in Frascati with 2 beam outputs: A 17 MeV horizontal beam for small animal irradiation A 3-7 MeV vertical beam pointing upwards for cells irradiation Leaders: NRT and CECOM companies Co- Leaders ENEA and ISS

Final layout (at IFO Hospital, Rome)

One Room facility - LINAC In a Green field situation, the low beam losses (35% transmission) and the low average energy of the lost particles allow thinking of a locally shielded accelerator, with single output beam, able to scan the energy from max (180-200 MeV) to min (60 MeV) electronically The heavy shielding would only be necessary for the treatment room. This arrangement seems to be the optimized setup for the lowest cost protontherapy plant

Aim of TOP-IMPLART Project are Conclusions Aim of TOP-IMPLART Project are Setting up a proton therapy facility highly innovative and compact in the Rome area in collaboration with prestigious academic institutions with scientific and clinical expertise Promote the development of a marketable product and transferring the know-how to Italian industries, similarly to what done in the field of IORT, in order to increase the Italian technological potential and in particular the Lazio one, in the field of 'High technology applied to the biomedical sector’