Fondazione CNAO Trattamenti adroterapici e ricerca. Ph.D. M. M. Necchi

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Antonino Oliva
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1 Fondazione CNAO Trattamenti adroterapici e ricerca Ph.D. M. M. Necchi Pavia, 21 Marzo 2018

2 7 Novembre 2005 CNAO Pavia

3 Era il 1991 ATER-INFN

4 From 1996 to 1999 at CERN PIMMS (Proton-Ions Medical Machine Study) CERN-GSI-MedAUSTRON- Oncology2000-TERA PL: P. Bryant (CERN+experts) PAC: G. Brianti chairman TERA: 25 man yrs MedA.: 10 man yrs O2000: 3 man yrs GSI: experts advices Objective: define the optimal hadrontherapy centre without constraints

5 Le fasi di CNAO Fase 0: organizzazione Anni: Fase 1: costruzione Anni: Fase 2: sperimentazione Anni: Fase 3: operatività Dal

Not-for-profit private Foundation Created by the Italian Ministry of Health at the beginning of 2001 with the purpose to build and run a hadrontherapy Centre The

6 Not-for-profit private Foundation Created by the Italian Ministry of Health at the beginning of 2001 with the purpose to build and run a hadrontherapy Centre The Board is formed by 13 Institutions: - 5 hospitals - 3 universities - 2 research institutes - 2 public entity (Ministry of Health and Town of Pavia) - 1 bank foundation

7 Collaborating Institutes: a network for construction and research NATIONAL TERA Foundation: final design and high tech specifications INFN: technical issues, radiobiology, research, formation University of Milan: medical coordination and formation University of Pavia: technical issues, radiobiology, formation University of Catania: medical physics University of Florence: medical physics University of Turin: interface beam-patient, TPS Polytechnic of Milan: patient positioning, radioprotection, authorisations European Institute of Oncology: medical activities, authorisations San Matteo Foundation: medical activities, logistics Town of Pavia: land and authorisations Province of Pavia: logistics and authorisation

8 Collaborating Institutes: a network for construction and research INTERNATIONAL CERN (Geneva): technical tasks, PIMMS GSI (Darmstadt): linac and special components LPSC (Grenoble): technical tasks Med-Austron (Wien): technical and clinical collaboration Roffo Institute (Buenos Aires): medical activities NIRS (Chiba): medical activities, radiobiology, formation HIT (Heidelberg): research issues IFJ PAN (Krakow - Poland): medical activities Uni Essen (Germany): medical activities Sykehuspartner (Norway): medical activities

9 L Alta Tecnologia del CNAO

10 Scansione attiva (courtesy of Siemens Medical)

11 Flexible hightech design: compact solution Coming up in 2018 New experimental room (in collaboration with INFN) Linac Ion Sources Synchrotron High Energy Transfer Lines Hospital based: safety, efficiency, reliability, maintainability Treatment Rooms

Il sincrotrone per protoni e ioni carbonio 7-250 MeV

12 Il sincrotrone per protoni e ioni carbonio MeV p MeV/u C I ~ ma (p) I ~ ma (C)

13 Performance CNAO from Nov to Dec running days 1523 treatment days 129 days preventive maintenance 36 days of downtime System availability: 94.2% System reliability (days): 98.3% System reliability (sessions) Year gg 238 gg 25 gg 0 gg 92.8% 100% 96.8% (314 vs 9937)

14 CNAO is Manufacturer of Medical Device (directive 93/42/EEC) CNAO obtained the CE label after clinical experimentation CE label is a good starting point to obtain FDA clearance

16 Radioterapia vs protonterapia: quali vantaggi? Photons Protons

17 Pazienti pediatrici: protonterapia Protons X-rays Protons

18 Cordomi sacrali 1 anno dopo CIRT

19 ACC Pre CIRT Pre CIRT Post CIRT (1 mese) Post CIRT (36 mesi)

20 Il fascio del CNAO per attività clinica Pazienti trattati all anno

21 Dal Settembre 2011 Sono stati trattati più di 1700 pazienti, divisi per patologia

22 Trattamenti, reirradiazioni, particella

23 Research is a must to keep CNAO up-to-date to stay always at the cutting edge The Centre technology needs to evolve and adapt according to the research outcome: it is not a static black box producing beam, it is an evolving entity

24 Research: hot topics

25 Beamtime for research projects in 2017 ore Gruppo Nome esperimento Ente Descrizione 16 Vignati-Battistoni Moveit INFN Test rivelatori 8 Silari Test GEM CERN Test rivelatori 8 Dini, Milazzo, Vulcano ETHICS ISS-INFN Pre-clinical experimental and theoretical studies toiimprove treatment and protection by charged particles (INFN Experiment: ETHICS) 8 Inside collaboration Inside INFN Test rivelatori 16 Vignati-Battistoni Moveit INFN Test rivelatori 8 Mike Story &C cellule UTSW Determining the response of pancreatic and head and neck cancer cell lines to carbon-12 irradiation mimicking a clinical setting 8 Mike Story &C cellule UTSW Determining the response of pancreatic and head and neck cancer cell lines to carbon-12 irradiation mimicking a clinical setting 8 Berardinelli-Antoccia cellule Roma3 Testing G-quadruplex-stabilising agent RHPS4 for its potential capability to enhance radiation damage produced by Hadrons. 8 Antoccia et Al Hadricombi UniPV-Roma3 Combining Hadron Therapy with Magnetic Hyperthermia: a New Tool for Pancreatic Cancer Treatment (INFN Experiment: HADROCOMBY). 16 Angela Di Fulvio - Sara Pozzi misure neutroni Umich Dosimetria Neutronica 4 Aprile Cellule S. Matteo Uptake evaluation of 18F-Choline (18-FCH); 18F-EthylTyrosine (18-FET) and 18F-L-dihydroxyphenylalanine (18F-DOPA) in T98G glioma cells before and after irradiation with photons and carbon ions 32 Battistoni Patera Inside-Foot INFN Test rivelatori 8 Silari Test GEM CERN Test rivelatori 8 Vignati-Battistoni Moveit INFN Test rivelatori 4 Sylvia Ritter cellule GSI Tumorsphere Formation of Glioblastoma Cell Lines 24 Patera Battistoni Foot INFN Calibrazione rivelatori a basse intensita' 8 Silari Test GEM CERN Test rivelatori 16 Patera Battistoni Foot INFN Calibrazione rivelatori a basse intensita' 8 Berardinelli-Antoccia cellule Roma3 Testing G-quadruplex-stabilising agent RHPS4 for its potential capability to enhance radiation damage produced by Hadrons. 8 Manti-Dini ETHICS ISS-INFN 224 h Pre-clinical experimental and theoretical studies to improve treatment and protection by charged particles (INFN Experiment: ETHICS)

26 At CNAO a 5 th beamline devoted to research is presently under construction Experimental room Collaboration with INFN

27 Progetto Laurea Magistrale Plus al CNAO

1. Misure sulle proprietà del fascio di protoni e ioni Carbonio del sincrotrone di CNAO Obiettivi del tirocinio: Lo scopo primario del tirocinio è partecipare alle attività di ottimizzazione dell

- esecuzione di misure con gli strumenti di diagnostica installati nel sincrotrone; - post-elaborazione dei dati raccolti; - interpretazione dei risultati.

28 1. Misure sulle proprietà del fascio di protoni e ioni Carbonio del sincrotrone di CNAO Obiettivi del tirocinio: Lo scopo primario del tirocinio è partecipare alle attività di ottimizzazione dell ottica della macchina. Lo svolgimento di parte delle attività avverrà nei momenti in cui non sono previsti trattamenti dei pazienti (i.e. week-end e sessioni di misure posttrattamenti durante il periodo notturno). - esecuzione di misure con gli strumenti di diagnostica installati nel sincrotrone; - post-elaborazione dei dati raccolti; - interpretazione dei risultati. Requisiti/ competenze tirocinante - fondamenti di fisica degli acceleratori e/o fisica delle particelle e/o nucleare; - buona conoscenza di programmi di elaborazione dati; - fondamenti di codici di simulazione di trasporto e interazione particelle. Potenziale ambito e argomento di tesi Fisica degli acceleratori; ottica del fascio; ottimizzazione di un fascio di adroterapia.

2. Modulazione di intensità Schoemers et Al, NIM A 795 (2015) 92-99 Obiettivi

sperimentale del Dose Delivery in grado di comunicare col betatrone (parte del

fascio estratto al fine di abbreviare i tempi di trattamento.

elettronica digitale; - conoscenza della fisica dei rivelatori.

29 2. Modulazione di intensità Schoemers et Al, NIM A 795 (2015) Obiettivi del tirocinio: Lo scopo primario del tirocinio è sviluppare una versione sperimentale del Dose Delivery in grado di comunicare col betatrone (parte del sistema di estrazione del fascio) per adattare in tempo reale l intensità del fascio estratto al fine di abbreviare i tempi di trattamento. Requisiti/ competenze tirocinante - competenze di programmazione; - basi di elettronica digitale; - conoscenza della fisica dei rivelatori. Potenziale ambito e argomento di tesi Rivelatori; elettronica di trattamento del segnale; sistemi di controllo e programmazione.

3. Sviluppo, in collaborazione con l INFN, di un monitor di fascio per calibrazione a basse intensità Obiettivi del tirocinio: Lo scopo primario del tirocinio è sviluppare l elettronica di

30 3. Sviluppo, in collaborazione con l INFN, di un monitor di fascio per calibrazione a basse intensità Obiettivi del tirocinio: Lo scopo primario del tirocinio è sviluppare l elettronica di acquisizione e controllo di un monitor composto presumibilmente da due scintillatori in coincidenza in grado di contare le singole particelle e fornire intensità media, profilo temporale e posizione dei fasci in condizioni di bassa intensità laddove il monitor del Dose Delivery non rileva. Requisiti/ competenze tirocinante - competenze di elettronica nucleare; - programmazione; - buona conoscenza della fisica dei rivelatori; - fondamenti di analisi dati. Potenziale ambito e argomento di tesi Rivelatori; fisica degli acceleratori; elettronica nucleare; sistemi di controllo e programmazione. Courtesy by Prof. G. Battistoni, INFN-MI

31 Grazie dell attenzione C è vero progresso solo quando i vantaggi di una nuova tecnologia diventano per tutti H. Ford

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