GLI ACCELERATORI NUCLEARI NELLA TERAPIA DEI TUMORI

Presentazione sul tema: "GLI ACCELERATORI NUCLEARI NELLA TERAPIA DEI TUMORI"— Transcript della presentazione:

1 GLI ACCELERATORI NUCLEARI NELLA TERAPIA DEI TUMORI
ISTITUTO LOMBARDO ACCADEMIA DI SCIENZE E LETTERE LA FISICA IN MEDICINA GLI ACCELERATORI NUCLEARI NELLA TERAPIA DEI TUMORI Domenico Scannicchio Dipartimento di Fisica - Ordinario di Fisica Medica Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia Università di Pavia Milano, 20 febbraio 2013 D. SCANNICCHIO 2013 01/42

2 - corpuscolari (particelle)
RADIAZIONI RADIAZIONI: - elettromagnetiche - corpuscolari (particelle) D. SCANNICCHIO 2013 D. SCANNICCHIO 2012 02/42

3 SPETTRO ELETTROMAGNETICO
03/42 VISIBILE RAGGI GAMMA RAGGI X U.V. I. R. MICRO ONDE RADIO D. SCANNICCHIO 2013

4 raggi X raggi gamma PRODUZIONE DI RAGGI X E GAMMA
produzione artificiale tubi a raggi X reattori nucleari raggi gamma produzione naturale produzione artificiale emissione di raggi da nuclei radioattivi (radionuclidi) acceleratori di particelle 04/42 D. SCANNICCHIO 2013

5 MATERIA adroni electroni neutroni nucleo protone atomi protoni
• singoli fasci per adroterapia ~ 1985 • centri medici di adroterapia ~ 1990 05/42 D. SCANNICCHIO 2013

6 • muons (from cosmic rays)
PARTICELLE • nuclei ions • electrons • muons (from cosmic rays) • hadrons : - protons - neutrons - mesons D. SCANNICCHIO 2013 06/42

7 particelle cariche neutroni PRODUZIONE DI PARTICELLE
produzione naturale produzione artificiale radiazione cosmica acceleratori di particelle emissione da nuclei radioattivi (radionuclidi) neutroni produzione artificiale reattori nucleari D. SCANNICCHIO 2013 07/42

8 > 1990 D. SCANNICCHIO 2013 08/42

9 ASSORBIMENTO della RADIAZIONE
nella MATERIA • interazione con strutture atomiche e molecolari • rilascio di energia con rottura di legami • produzione di cariche elettriche in moto (ioni) ionizzazione assorbimento: • Linear Energy Transfer (LET) 09/42 • radiazioni a modesto LET (X, gamma, elettroni) • radiazioni a grande LET (protoni, ioni nucleari) • perdita progressiva di energia fino all’arresto (range R) • LET dipende da E, d, Zmateria D. SCANNICCHIO 2013

10 ASSORBIMENTO della RADIAZIONE
nella MATERIA • unità di energia: ◊ UNITA’ PRATICA SU SCALA ATOMICA : elettronVolt (eV) = –19 joule • MeV (mega-elettronVolt) = 106 eV • GeV (giga-elettronVolt) = 109 eV • TeV (tera-elettronVolt) = 1012 eV D. SCANNICCHIO 2013 10/42 ◊ SISTEMA INTERNAZIONALE : joule (J)

11 ASSORBIMENTO della RADIAZIONE
nella MATERIA • DOSE ASSORBITA: D = energia assorbita massa ◊ SISTEMA INTERNAZIONALE : gray (Gy) = 1 joule/1 kg • gray (Gy) = 100 rad D. SCANNICCHIO 2013 11/42

12 ASSORBIMENTO della RADIAZIONE
CORPUSCOLARE 12/42 scala logaritmica protoni mesoni elettroni alfa T D. SCANNICCHIO 2012 D. SCANNICCHIO 2013

13 ASSORBIMENTO della RADIAZIONE
CORPUSCOLARE • raggi X • elettroni RADIOTERAPIA CONVENZIONALE • protoni • ioni carbonio (12C) • altri ioni (4He, 14N, 16O) • neutroni ADROTERAPIA D. SCANNICCHIO 2013 13/42

14 D. SCANNICCHIO 2013 14/42

15 CONFRONTO dose pelle = 1 profondità di tessuto protoni 200 MeV
(profondità fissata) CONFRONTO unità dose pelle = 1 picco di Bragg raggi X 22 MeV protoni a diverse energie per coprire profondità raggi da 60Co 22 MeV elettroni 200 keV raggi profondità di tessuto D. SCANNICCHIO 2013 15/42

16 ASSORBIMENTO di IONI dati sperimentali ionizzazione relativa
D. SCANNICCHIO 2013 16/42

17 COLLIMAZIONE D. SCANNICCHIO 2013 17/42

18 X ray COLLIMAZIONE D. SCANNICCHIO 2013 18/42

19 CONFRONTO protoni 200 MeV cm 10 20 da frenamento di elettroni
10 20 cm protoni 200 MeV da da frenamento di elettroni da 25 MeV CONFRONTO D. SCANNICCHIO 2013 19/42

20 D. SCANNICCHIO 2013 20/42

21 ASSORBIMENTO della RADIAZIONE nella MATERIA BIOLOGICA
• DOSE BIOLOGICA ASSORBITA: Dbiologica = RBE x Dfisica ◊ SISTEMA INTERNAZIONALE : sievert (Sv) = RBE x 1 Gy • sievert (Sv) = 100 rem = 100 RBE x rad D. SCANNICCHIO 2013 21/42

22 D. SCANNICCHIO 2013 22/42

23 LINEAR ENERGY TRANSFER (LET)
(keV/μm) D. SCANNICCHIO 2013 23/42

24 D. SCANNICCHIO 2013 24/42

25 D. SCANNICCHIO 2013 25/42

26 D. SCANNICCHIO 2013 26/42

27 • tipo di cellule neoplastiche • posizione del tumore
PIANO di TRATTAMENTO • tipo di cellule neoplastiche • posizione del tumore • conformazione del tumore • prossimità organi vitali • definizione direzioni di irraggiamento (campi) • parametri del fascio (dimensioni, energie) • numero sessioni e dosi D. SCANNICCHIO 2013 27/42

28 D. SCANNICCHIO 2013 28/42

29 D. SCANNICCHIO 2013 29/42

30 Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica
• studio del progetto iniziato 1992 (CERN e INFN) • acceleratore protoni e ioni carbonio (sincrotrone) • sistema magnetico tradizionale • 3 sale di trattamento • fasci orizzontali e verticale (una sala) • sala dedicata ad attività di ricerca • accurata progettazione edilizia • progettazione sistemi di misura della dose • progettazione sistemi di sicurezza • sperimentazione su animali • sistemi diagnostici integrati (TC, RM, PET) • costruzione iniziata nel 2004, terminata nel 2008 • installazione e test alta tecnologia D. SCANNICCHIO 2013 30/42

31 D. SCANNICCHIO 2013 31/42

32 D. SCANNICCHIO 2013 32/42

33 CNAO D. SCANNICCHIO 2013 33/42

34 D. SCANNICCHIO 2013 34/42

35 SALA di TRATTAMENTO D. SCANNICCHIO 2013 35/42

36 SALA di TRATTAMENTO D. SCANNICCHIO 2013 36/42

37 TECNICHE di POSIZIONAMENTO
• sistema di immobilizzazione personalizzato • piano di carbonio con markers di riferimento • markers distribuiti sull’area irraggiata • posizionamento sul piano di carbonio nel locale CAP (Computer Aided Positioning) • trasporto nella posizione di trattamento • aggancio sul lettino robotizzato • mobilizzazione del lettino secondo il piano di trattamento • controlli accurati posizionamento (RX e IR) • esecuzione trattamento: circa secondi/campo • controllo continuo della posizione (100 Hz) D. SCANNICCHIO 2013 37/42

38 TECNICHE di POSIZIONAMENTO
• markers distribuiti sull’area irraggiata • mobilizzazione del lettino secondo il piano di trattamento • controlli accurati posizionamento (RX e IR) D. SCANNICCHIO 2013 38/42

39 TECNICA di IRRAGGIAMENTO
• scanning beam D. SCANNICCHIO 2013 39/42

40 D. SCANNICCHIO 2013 40/42

41 D. SCANNICCHIO 2013 41/42

42 (solo protoni 1 sala di trattamento)
TERAPIE in CORSO sperimentazione - iniziata settembre 2011 (solo protoni 1 sala di trattamento) - ottobre 2012 (terapie anche con ioni carbonio) - attualmente 67 pazienti (di cui 14 in corso di terapia) - 7 pazienti anche ioni carbonio sessioni per paziente - marzo 2013: 2a sala di trattamento attiva - inverno 2013: 3a sala di trattamento attiva - entro 2014 termine sperimentazione (250 pazienti - circa 12 protocolli) D. SCANNICCHIO 2013 42/42

43 sviluppo tecnologie avanzate
SVILUPPI FUTURI diagnostica avanzata FUSIONE IMMAGINI 3D, PET ON-LINE sviluppo tecnologie avanzate TESTATA ISOCENTRICA, TRATTAMENTO TUMORI IN MOTO CASUALE studi clinici informatizzazione diffusa e avanzata IMPIEGO DELLA RETE DI CALCOLO “GRID” sviluppo piani di trattammento e analisi automatica delle immagini D. SCANNICCHIO 2013 A/42