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D. SCANNICCHIO 2013

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.

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Presentation Transcript

  1. 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 01/42 D. SCANNICCHIO 2013

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

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

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

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

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

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

  8. > 1990 08/42 D. SCANNICCHIO 2013

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

  10. • unità di energia: ◊SISTEMA INTERNAZIONALE : joule (J) ◊UNITA’ PRATICA SU SCALA ATOMICA : elettronVolt (eV) = 1.6 10–19 joule • MeV (mega-elettronVolt) = 106 eV • GeV (giga-elettronVolt) = 109 eV • TeV (tera-elettronVolt) = 1012 eV 10/42 D. SCANNICCHIO 2013 ASSORBIMENTO della RADIAZIONE nella MATERIA

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

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

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

  14. 14/42 D. SCANNICCHIO 2013

  15. 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 15/42 D. SCANNICCHIO 2013

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

  17. COLLIMAZIONE 17/42 D. SCANNICCHIO 2013

  18. X ray COLLIMAZIONE 18/42 D. SCANNICCHIO 2013

  19. protoni da frenamento di elettroni da 25 MeV 200 MeV protoni 200 MeV da cm cm 0 0 10 10 20 cm 20 cm CONFRONTO 19/42 D. SCANNICCHIO 2013

  20. 20/42 D. SCANNICCHIO 2013

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

  22. D. SCANNICCHIO 2013 22/42

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

  24. D. SCANNICCHIO 2013 24/42

  25. 25/42 D. SCANNICCHIO 2013

  26. 26/42 D. SCANNICCHIO 2013

  27. • 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 PIANO di TRATTAMENTO 27/42 D. SCANNICCHIO 2013

  28. 28/42 D. SCANNICCHIO 2013

  29. 29/42 D. SCANNICCHIO 2013

  30. • 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 2008-2011 Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica 30/42 D. SCANNICCHIO 2013

  31. 31/42 D. SCANNICCHIO 2013

  32. 15.12.2005 30.07.2006 30.07.2006 32/42 D. SCANNICCHIO 2013

  33. CNAO 33/42 D. SCANNICCHIO 2013

  34. 34/42 D. SCANNICCHIO 2013

  35. SALA di TRATTAMENTO 35/42 D. SCANNICCHIO 2013

  36. SALA di TRATTAMENTO 36/42 D. SCANNICCHIO 2013

  37. • 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 100-200 secondi/campo • controllo continuo della posizione (100 Hz) TECNICHE di POSIZIONAMENTO 37/42 D. SCANNICCHIO 2013

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

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

  40. 40/42 D. SCANNICCHIO 2013

  41. 41/42 D. SCANNICCHIO 2013

  42. 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 - 15-20 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) 42/42 D. SCANNICCHIO 2013

  43. 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 A/42 D. SCANNICCHIO 2013

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