PROGETTO CATANA

1. OMOGENEITA’ IN UN FASCIO DI PROTONI TERAPEUTICOSTUDIO E REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DI DIFFUSIONE PER IL FASCIO DI PROTONI DA 62 AMeV DELLA FACILITY CATANA Cirrone G.A.P.† ° , Cuttone G.†, Lo Nigro S.°, Raffaele L. †, Sabini M.G.°†, Romeo N. †, Salamone V. † ° †INFN-Laboratori Nazionali del Sud, Via S. Sofia, 44, 95123 Catania (Italia) ° Dipartimento di Fisica ed Astronomia Università di Catania, Corso Italia 57, 95100 Catania (Italia)

2. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 Laboratori Nazionali del Sud - INFN Dipartimento di Fisica Università di Catania Istituto di Radiologia Università di Catania Istituto di Oftalmologia Università di Catania PROGETTO CATANA Trattamento dei tumori oculari con fasci di protoni da 62 AMeV dal Ciclotrone Superconduttore dei Laboratori Nazionali del Sud di Catania

3. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 Proprietà favorevoli dei fasci di protoni rispetto alle radiazioni convenzionali: • Alta localizzazione della dose • Minimi valori della penombra laterale • Minimi valori del distal fall-off Irraggiamento uniforme della zona tumorale con massimo risparmio dei tessuti sani e delle strutture critiche circostanti

4. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 • Trasporto e formazione di un fascio terapeutico di protoni • Ottimizzazione delle proprieta’ dosimetriche del fascio in funzione degli elementi della linea con tecniche Montecarlo • Valutazione dei risultati sperimentali, relativamente ai profili trasversali di dose, in termini di omogeneità, penombra, simmetria

5. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 OMOGENEITA’ In termini di distribuzione laterale della dose che deve essere tale da permettere l’irraggiamento uniforme e selettivo del volume da trattare ENERGIA Sufficiente a raggiungere la profondità del tumore (~ 30 mm di “eye tissue”) N.ro pazienti L’obiettivo è ottenere un campo capace di irraggiare l’intera zona tumorale con una dose uniforme entro il  2.5% e valori di penombra compresi tra 1mm e 1.5 mm TRASPORTO E FORMAZIONE DI UN FASCIO TERAPEUTICO Requisiti fondamentali nello sviluppo di una linea di protonterapia:

6. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 Laboratori Nazionali del Sud di Catania TRASPORTO E FORMAZIONE DI UN FASCIO TERAPEUTICO Elementi principali di una facility di protonterapia: • Elementi magnetici che indirizzano e focalizzano il fascio dall’acceleratore alla sala di trattamento:  80 metri nel nostro caso(Linea di Fascio)

7. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 300 mm 3000 mm 85 mm 2° Diffusore + stopper Collimatore,  = 35 mm Range shifter Modulatore Camere Monitor + camera 4 settori Collimatore finale Isocentro 1° Diffusore TRASPORTO E FORMAZIONE DI UN FASCIO TERAPEUTICO • Elementi posti in aria nel tratto finale della linea di fascio che ne determinano le caratteristiche terapeutiche e ne assicurano il monitoraggio(Linea di Trattamento)

8. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 Asse del fascio Sedia per il posizionamento del paziente

9. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 Singolo diffusore Passivi Metodi di diffusione: Attivi SISTEMI DI DIFFUSIONE Il fascio di protoni giunge all’interno della sala di trattamento con un diametro relativamente piccolo: Deve essere allargato lateralmente, nella direzione perpendicolare al suo asse centrale Doppio diffusore Doppio diffusore con stopper centrale Doppio diffusore con annulus Diffusori a doppio materiale

10. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 Fascio incidente   Parametrizzazione di Higland (NIM 129 1979) Formula di Molìere (Z. Naturforsch. A 10 1955) SISTEMI DI DIFFUSIONE: FORMULA MOLIERE PER UN DIFFUSORE DI TIPO PASSIVO Tutti i sistemi passivi sono basati sui processi di diffusione multipla coulombiana che le particelle cariche subiscono quando incidono su un materiale: esse si distribuiscono gaussianamente con deviazione standard 0

11. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 SINGOLO DIFFUSORE 300 m Tantalio DOPPIO DIFFUSORE 80 m + 20 m Tantalio DOPPIO DIFFUSORE CON STOPPER CENTRALE 15 m + 25 m + stopper di rame PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI DIFFUSIONE CON METODI MONTE CARLO CONFIGURAZIONI STUDIATE

12. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 1° Diffusore 2° Diffusore RISULTATO SIMULAZIONI

13. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 • Diodi al silicio • Film Radiografici • Film Radiocromici • TLD Profilo sperimentale di un fascio di protoni da 62 AMeV non modulato ottenuto con un rivelatore al silicio per protoni ad alta risoluzione posto in aria e all’isocentro CONFRONTO SIMULAZIONE RISULTATI SPERIMENTALI

14. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 COLLIMATORE: Φ = 25 mm RIVELATORE: diodo al silicio Fascio non modulato all’isocentro VALUTAZIONE DELL’OMOGENEITA’ NELLE CONDIZIONI TERAPEUTICHE Per una valutazione dosimetrica della omogeneità va considerato che ogni elemento della linea con cui il fascio interagisce può modificare la distribuzione dei profili trasversali di dose

15. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 COLLIMATORE: Φ = 25 mm RIVELATORE: diodo al silicio Fascio modulato all’isocentro Fascio non modulato all’isocentro VALUTAZIONE DELL’OMOGENEITA’ NELLE CONDIZIONI TERAPEUTICHE Per una valutazione dosimetrica della omogeneità va considerato che ogni elemento della linea con cui il fascio interagisce può modificare la distribuzione dei profili trasversali di dose

16. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 COLLIMATORE: Φ = 25 mm RIVELATORE: diodo al silicio Fascio modulato al centro del SOBP Fascio modulato all’isocentro Fascio non modulato all’isocentro VALUTAZIONE DELL’OMOGENEITA’ NELLE CONDIZIONI TERAPEUTICHE Per una valutazione dosimetrica della omogeneità va considerato che ogni elemento della linea con cui il fascio interagisce può modificare la distribuzione dei profili trasversali di dose

17. II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001 FASCIO MODULATO AL CENTRO DELLO SOBP,  = 25mm CONCLUSIONI FASCIO NON MODULATO “FULL ENERGY”, 62 AMeV,  = 25mm