Adroterapia a CNAO (Centro Nazionale di Adroterpia Oncologica)

Transcript

1 XXII GIORNATE DI STUDIO sui RIVELATORI Adroterapia a CNAO (Centro Nazionale di Adroterpia Oncologica) Parte II Simona Giordanengo - INFN Torino Torino 12 Giugno 2012

2 Sommario PARTE II Adroterapia in Italia (CATANA, ATreP) CNAO Disegno e sviluppo Commissioning (acceleratore, dose delivery e integrazione sottosistemi) Inizio attività clinica Sequenze paziente Primi risultati

3 Adroterapia in Italia - Numero di potenziali pazienti ITALIA: 60 MILIONI ABITANTI X-Ray therapy (fotoni 5 20 MeV) (Commission Ministry of Health Year 2009) Nuovi pazienti per anno: 120'000 pts/y Protoni Categoria A: elective patients = Categoria B: good indications = 1'000 pts/y 12'000 pts/y Ioni Carbonio % tumori radioresistenti 1'500 pts/y Courtesy of S. Rossi- CNAO 1 centro doppia particella (p and C): CNAO Possibilmente 1 centro di protonterapia ogni 10 M abitanti

4 ELECTIVE INDICATIONS FOR PROTONTHERAPY IN ITALY Patology Patients per year Potential patients for protons Patients per year Courtesy of S. Rossi- CNAO Percentage to be treated with protons Uveal melanoma % Chordoma of the skull base and spinal cord % Chondrosarcoma of skull extremities and trunk % Meningioma of skull base % Paraspinal tumours % Schwannoma of cranial nerves % Adenoma of hypophysis % Pediatric solid tumours % TOTAL

5 CATANA Light field Laser Monitor chambers Modulator & Scattering Range shifter system First foil Second foil Trattamenti di tumori oculari con protoni Ciclotrone p - 60 MeV ~300 pazienti dal 2002 Laboratori Nazionali del Sud, INFN

6 ATreP (Agenzia Provinciale per la Protonterapia) (Trento) 2 sale di trattamento entrambe con Gantry

7 ATreP (Trento)- Avanzato stato di costruzione Dic 2, 2009: contratto IBA e ATreP Maggio 2013: test di accettazione sul Gantry1 Ottobre 2013: test di accettazione sul Gantry2 Stato a Maggio 2012 cyclotrone installato linea estrazione installata Gantries pronti per essere montati tra poco fascio in macchina

8 Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica CNAO - Pavia Dalla proposta di Ugo Amaldi e Giampiero Tosi (1991) di un centro di Teleterapia con adroni Primo centro italiano dedicato a: Trattamento di pazienti con ioni carbonio e protoni Ricerca clinica e radiobiologica 8

9 24 settembre su La Provincia Pavese

10 Sala di trattamento paziente posizionato

11 GSI Linac LINAC MeV/u H MeV/u C 4+ RFQ MeV/u H MeV/u C 4+ Ion Sources MeV/u H 3+ I ~ 0.7 ma H MeV/u C 4+ I ~ 0.2 ma C 4+ Synchrotron MeV p MeV/u C I ~ ma (p) I ~ ma (C) High Energy Transfer Lines MeV p < p/spill (~2nA) MeV/u C < C/spill (~0.4nA) Treatment Rooms

12 Sala Sincrotrone LPSC DIPOLI 12

13 Chopper Permette una rapida INTERRUZIONE e RIACCENSIONE del fascio (tempo di chiusura dipende dalla particella ma sempre < 200 us) Sicuro (Beam ON solo a correnti opportune) Consente di qualificare il fascio Viene utilizzato per ampie distanze tra gli spot Sarà utilizzato per la sincronizzazione con il respiro del paziente nel trattamento di tessuti in movimento

14 Ciclo campo magnetico dei dipoli 3 sec di interspill Spill interrotto col Chopper Spill completo (1 sec)

15 Scansione Quasi-discreta (CNAO) Fluence Al raggiungimento della dose richiesta su uno spot, il fascio viene rapidamente spostato sullo spot successivo senza spegnere il fascio Distanza tra spot y Scanning magnets Protons, Carbon ions Scanned Field z x Spot position Isocenter Dose residua Distanza tra 2 Spot ~ 1/3 FWHM del fascio Viene rilasciata dose residua tra gli spot (trascurabile per step corti, alta velocità di scansione e intensità di fascio cliniche (~ 10 9 protons/sec) 15

16 UniTo - INFN CNAO : Dose Delivery System Sistema di distribuzione e monitoraggio on-line del fascio Disegno Sviluppo Costruzione Scanning magnets Nozzle and monitor system E 0 <E 1 < <E n z Isocenter 16

17 Interfacce del Dose Delivery Beam monitors FAST CONTROL Scanning Magnets BOX 1 BOX 2 Treatment Planning System Accelerator Timing System Chopper (Beam Off) General Control System Interlock System (Patient safety) Treatment Console 17

18 Monitor del Dose Delivery Gap tra elettrodi 5 cm Strip e Pixel Area sensibile 21x21 cm 2 Sensitive area 24x24 cm V strips 128 H strips 1024 pixels Strip X pitch 1.65 mm Strip Y pitch 1.65 mm Pitch 6.6 mm 1 MHz Integrale 10 khz strip/pixel BOX 1 INT-1 STRIP-x STRIP-y INT-2 PIXEL BOX 2

19 Quando il fascio è nel paziente, il DD deve PS I DD I DD PS Fast Control DAQ FPGAs Monitorare on-line il fascio (fluenza, posizione e dimensione) Impostare la corrente ai magneti di scansione spot per spot Correggere on-line la posizione (operazione di feed-back) Fermare il fascio slice per slice o in caso di interlock (impulso al Chopper) I PS I PS BOX 1 BOX 2 E n Slice Magneti di scansione Monitor di intensità e di posizione Spot trattati 19

20 Sequenza di trattamento TREATMENT LOADING and TRANSLATION START SPILL END of SLICE or SPILL DATA STORAGE End of Slice NO YES End of Treatment NO YES LOGFILE WAIT NEXT TREATMENT 20

21 Caricamento e conversione dati trattamento TREATMENT LOADING and TRANSLATION Le posizioni del fascio per ogni spot, calcolate dal TPS vanno convertite dal DD in coordinate delle camere a strip e correnti dei magneti. START SPILL END of SLICE or SPILL Per ogni spot: (E n, Np, X, Y) Con opportune calibrazioni (conteggi, x strip, y strip, I x, I y ) DATA STORAGE End of slice YES NO Il numero di particelle viene convertito in conteggi delle camere a ionizzazione (monitor di intensità) End of treatment YES LOGFILE WAIT NEXT TREATMENT NO 21

22 START SPILL TREATMENT LOADING and TRANSLATION Dopo un segnale dal sistema di timing (trigger dal sistema di sincronizzazione della macchina) START SPILL inizia lo spill (estrazione particelle) insieme all acquisizione dei monitor END of SLICE or SPILL di fascio. Durante lo SPILL per ogni spot DD conta le particelle, DD controlla la posizione del fascio DD correggerà le correnti quando necessario (feed-back sulla posizione). ALLA FINE DI OGNI SPOT DD trasmette il riferimento di corrente del nuovo spot all alimentatore dei magneti DATA STORAGE End of slice YES End of Treatment YES LOGFILE WAIT NEXT TREATMENT NO NO 22

23 END SLICE or TREATMENT TREATMENT LOADING and TRANSLATION FINE SLICE e SPILL DD stop a monitor DAQ DD salvataggio dati DD pronti per un nuovo spill START SPILL END of SLICE or SPILL DATA STORAGE FINE TRATTAMENTO DD crea logfiles e li trasmette al General Control System DD pronto per un nuovo trattemento End of Slice YES End of Treatment YES LOGFILE NO NO WAIT NEXT TREATMENT 23

24 Filmati trattamento in sala controllo locale

25 Alcuni risultati preliminari sulla misura di particelle 0.1% of spots % of protons 97% of spots 99% of protons 0.2% of spots and protons 97% of the spots are within ±2.5% (green region), which contain more than 99% of the delivered protons. Overdose (red region) and underdose (orange region) occurs in less than 1 and 0.2% of the spots respectively.

26 Alcuni risultati preliminari sulla misura di posizione Standard deviation of horizontal (white) and vertical (red) measured positions in 23 consecutive fractions only spots with > 1000 counts are considered

27 Le fasi CNAO dal 2002 Fase 0: Organizzazione Years: Fase 1: Costruzione Years: Fase 3: Sperimentazione Years: Approvata dal Ministero della Salute e Regione Lombardia OBIETTIVO: Caratterizzazione Dosimetrica Caratterizzazione radiobiologica Trattamento primi pazienti Courtesy of S. Rossi- CNAO

28 Primavera Estate 2011 a CNAO Commissioning sottosistemi: Timing, Sistema di Controllo, Dose Delivery, Sistemi di interlock Macchina e Pazienti, Procedure di accesso, Interfacce Hardware e Software, Installazione e verifiche dell Oncological Information System (Elekta USA) Commissioning Treatment Planning System

29 Primavera Estate 2011 a CNAO Commissioning sottosistemi: debug, test, verifiche, controlli,..giorni e notti in sala controllo..problemi. SOLUZIONI

30 Il 2011 al CNAO Aprile Settembre 2011 Primo campo su paziente Giuseppe Garibaldi dipinto dal fascio di CNAO su una pellicola radiografica

31 Courtesy of S. Rossi- CNAO Irraggiamento linee cellulari con Protoni

32 RBE = 1.1 Courtesy of S. Rossi- CNAO

33 Courtesy of S. Rossi- CNAO Thermoplastic mask with byte and IR reflecting markers

34 Presente e futuro a CNAO CNAO attualmente ha concluso il trattamento di 14 pazienti e ne sta trattando altri 6 con protoni nella prima sala; dopo l estate inizierà a trattare in 2 sale; a fine anno inizieranno i trattamenti con ioni carbonio; A regime si vorrebbero trattare 2500 pazienti all anno e la maggior parte con ioni carbonio

35 Oggi da lunedì a venerdì a CNAO Acceleratore acceso 24 /24 h 7/7 g h 6-8 Misure di qualità del fascio h 8-13 Trattamento 6-7 pazienti h sab-dom Commissioning Carbonio e altre sale- Calibrazioni- Misure-Verifiche sottosistemi ~90 dipendenti oggi

36 Futuro: strategia CNAO per la compensazione del movimento organi Target Politecnico di Milano OTS software Magneti di scansione Markers esterni Custom protocol Stop del fascio con il chopper ΔZ troppo grande DD system Magnet System Cntrl ΔX,ΔY,ΔZ Custom protocol INFN Torino, Progetto Europeo ULICE Organ Motion Compensator Interfaccia OTS - Magneti

37 RICERCA A CNAO Experimental Room 2013 Linea dedicata alla ricerca in fisica e radiobiologia Courtesy of S. Rossi- CNAO

38 Med-Austron (Centro di Adroterapia Austriaco) 3 ion sources for phase 1 (one additional source possible) Pre-accelerator RFQ & IH Linac Main accelerator synchrotron (77 m circ.) CNAO/CERN/PIMMS design Extraction line Irradiation rooms: research: horizontal, medical: horizontal & vertical, horizontal, proton-gantry

39 GIUGNO 2012 Med-Austron ha acquistato il Dose Delivery CNAO Monitor + Software Ditta di software italiana che si sta occupando della certificazione del Software

40 2 spin off per l Adrioterapia (dal gruppo TERA dell UniTO e INFN TO) Anno costituzione 2009

41 Grazie per l attenzione related

42 Risultati clinici (Protoni)

43