Aspetti Fisici dell Adroterapia al CNAO

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1 Incontro di Orietamento per la Laurea Magistrale in Scienze Fisiche Martedì 19 Maggio 2015, Aula 102 Aspetti Fisici dell Adroterapia al CNAO Aurora Tamborini Assegnista di ricerca INFN Sezione di Pavia

2 Adroterapia Gli adroni costituiscono una nuova dimensione della radioterapia rispetto alla terapia convenzionale con fotoni. IMRT fotoni Adroni

3 Il CNAO Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica Sincrotrone CNAO: diametro 25 m Linea a bassa energia: E ~ MeV/u Linea a media energia: E ~ 7 MeV/u Sincrotrone: E => MeV/u (p), E => MeV/u ( 12 C) Linea ad alta energia: E ~ MeV/u (p), E ~ MeV/u ( 12 C)

4 Modalità di scansione attiva del fascio Fascio incidente con dimensioni variabili -> mm per CARBONIO -> mm per PROTONI Il fascio è deflesso verticalmente e orizzontalmente da due magneti di scansione Ogni strato del tumore è irraggiato variando l energia del fascio incidente

5 Gruppi di Ricerca A.Rimoldi, C. Riccardi, A. Tamborini Gruppo MC-INFN Geant4 Gruppo MC-INFN FLUKA A. Rotondi, A. Fontana, E. Bellinzona, A. Embriaco G. Magro E. Rojatti Gruppo diagnostica di Fascio CNAO

6 Gruppo MC-INFN/GEANT4 (Adele Rimoldi et al.): ATTIVITA 1. Studio di utilizzo di protoni (modalità scansione attiva) per il trattamento di melanomi oculari a CNAO. 2. Studio sul possibile impiego di ioni carbonio per la cura dei melanomi. 3. Simulazione e sviluppo di un rivelatore GEM (Gas Electron Multiplier) per una possibile applicazione come monitor di dose per la verifica di piani di trattamento a CNAO. GEM Courtesy of F. Murtas

7 Simulazione Geant4 linea di fascio CNAO Piersimoni P, Rimoldi A, Riccardi C, Molinelli S and Ciocca M, 2015 Journal of Applied Medical Physics 16(2) 261 Ripple filter 2 (2 mm thick) Beam pipe Beam axis Range shifter CNAO treatment room The eye-detector Carbon shutter Brass collimator to focus the beam Ripple filter 1 (2 mm thick) Box1 and Box2 (NOZZLE)

8 Simulazione Geant4 linea di fascio CNAO MeV - PROTONI Campo 40 mm X 40 mm Step 3 mm Dose Volume Histogram (protoni)

9 Studi in corso e prospettive Utilizzo fasci carbonio per trattamento melanoma oculare Perchè interessarsi alla nostra attività? Per: Approfondire gli studi di impatto della radiazione con protoni sui tumori oculari. Ottimizzare gli studi di cura dei melanomi con ioni carbonio. Studiare il comportamento di un rivelatore GEM su fascio CNAO come monitor di dose.

10 Gruppo MC-INFN/Fluka (Giuseppe Magro) Supporto giornaliero all attività clinica - Ricalcolo dei piani di trattamento e/o verifica dei piani di trattamento - Verifica della robustezza dei piani di trattamento - Completamento di trattamenti parziali Confronto di Efficacia Radiobiologica Relativa (RBE): NIRS vs. CNAO nella terapia con ioni carbonio Trattamento oculare con fascio a scansione attiva Studio di nuove specie di ioni ( 4 He, 16 O, etc )

11 Gruppo diagnostica di Fascio (Elisa Rojatti) Sviluppo e test rivelatori a scintillazione nella HEBT (linee ad alta energia dell'acceleratore). Ottimizzazione dal punto di vista hardware e software e messa in funzione di nuovi progetti con metodi di lettura alternativi. Misura dei i parametri di fascio ad alta energia (posizione, larghezza ed intensità). Courtesy of E. Rojatti

12 Backup Slides

13 CNAO La Clinica La Clinica 22 Settembre 2011: PRIMO paziente trattato con protoni 13 Novembre 2013: PRIMO paziente trattato con ioni carbonio Dall inizio dell attività del centro CNAO sono stati trattati circa 350 pazienti 20% con PROTONI 80% con ioni carbonio

14 CNAO- La Clinica Conclusioni Adroterapia, ad oggi. Sono attivi nel mondo 34 Centri di terapia con PROTONI, la maggior parte dei quali (11) è negli Stati Uniti Sono oltre i pazienti trattati con protoni nel mondo, ad iniziare dal 1961 Sono attivi nel mondo 7 Centri di IONI CARBONIO, la maggior parte in Giappone, e due in Europa (Heidelberg e Pavia) Sono oltre i pazienti trattati con ioni, a partire dal 1957 (elio) e. dal 1994, con ioni carbonio Lo CNAO è un centro di eccellenza per il trattamento dei tumori non solo a livello Nazionale ma Europeo!

15 Optimization of Treatment Planning Systems in Hadrontherapy Pavia Group: Prof. Alberto Rotondi Dr. Andrea Fontana Elettra V. Bellinzona Alessia Embriaco In collaboration with:

16 Hadrontherapy Stopping Multiple Coulomb Scattering Nuclear Interactions

17 Lateral dose profile On the parametrization of lateral dose profiles in Proton radiation therapy (in press) Lateral half-profile of deposited energy for the CNAO beamline simulated from a real phase space beam of MeV protons in water, depth=8 cm. (Bragg Peak in water 9.5 cm).

18 Lateral dose profile An analytical model for the accurate computation of the lateral dose profiles of proton in water Multiple Coulomb Scattering Molière's theory Nuclear interactions Parametrization Analytical Model ANALYTICAL PHYSICS FOUNDATION COMPUTATION TIME

19 Longitydinal profile: Analytical solution

20 Tesi triennali e magistrali Possibilità di dottorati anche all'estero Contatti: Per maggiori informazioni: Prof. Alberto Rotondi alberto.rotondi@pv.infn.it Dr. Andrea Fontana andrea.fontana@pv.infn.it