ADROTERAPIA DEI TUMORI IN ITALIA E NEL MONDO Ugo Amaldi Fondazione TERA e Università di Milano Bicocca Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 1
I fisici accelerano con tre tipi di strumenti: 1. ciclotrone Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 2
I fisici accelerano con tre tipi di strumenti: 2. linac 300 MHz Sorgente di protoni o di ioni carbonio Linac per elettroni a Frascati-INFN: 3 GHz Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 3
I fisici accelerano con tre tipi di strumenti: 3. sincrotrone Cavità a RF: 1-5 MHz 25 m ADONE a Frascati - 1969 Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 4
I radioterapisti usano un solo tipo di acceleratore: linac per elettroni 270 bending magnet e - X on target Flattening filters Ion chambers 3 GHz Electron linac target Maximum dose rate: ~ 5 Gy/min Multileaf collimator Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 5
TAC è essenziale IMRT = Intensity Modulated Radiation Therapy Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 6
Testata rotante, collimatore multilamellare e sistema piani di trattamemento (TPS) Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 7
Cosa sono gli adroni? elettrone e Gli adroni sono fatti di quark atomo ione carbonio = 6 protoni + 6 neutroni protone o neutrone quark u o d Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 8
Adroni carichi in materia 25 cm Bersaglio protoni tumorale 200 MeV X 23.5 ioni carbonio 4700 MeV [controllano I tumori radioresistenti!] fascetto di adroni che rallentano nel tessuto Muovendo il fascetto si irradia il bersaglio in modo conforme Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 9
200 MeV protons 4700 MeV Carbon Picco di Bragg Spread Out Bragg Peak (PSI Villigen) Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 10
Vantaggio macroscopico dell adroterapia Photons Protons raggi X protoni Rapid fall-off Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 11
I protoni sono piu precisi dei raggi X: esempio 9 fasci X 1 fascio di protoni tumore tra gli occhi Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 12
Vantaggio microscopico degli ioni carbonio 4 3 RBE 2 1 1 10 100 LET 10 20 kev/mm = 100 200 MeV/cm = 20 40 ev/(2 nm) Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 13
RBE: Relative Biological Effectiveness Il modello biologico del GSI (Kraft et al) permette il calcolo della RBE Per otenere una dose biologica piatta la dose fisica non è piatta Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 14
Riassunto dei vantaggi dei protoni e degli ioni Se gli acceleratori di protoni fossero piccoli e poco costosi come i linac per elettroni i radioterapisti userebbero fasci di protoni, più precisi e con gli stessi effetti dei raggi X Gli ioni carbonio lasciano in ogni cellula 23 volte più energia di un protone e gli effetti sono qualitativamente diversi da quelli dei raggi X e dei protoni i radioterapisti giapponesi usano gli ioni carbonio per I tumori radiorestenti degli adulti (polmone, fegato ) Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 15
Numero di pazienti italiani Nel 2003 l Associazione Italiana di Radioterapia Oncologica AIRO ha pubblicato un rapporto: su 10 milioni di cittadini, 20 000 sono oggi trattati con raggi X di questi 1% devono essere trattati con protoni (Categoria A) 10% si avvanteggerebbero da trattamenti con protoni (Categoria B) 3% si avvanteggerebbero da trattamenti con ioni carbonio QUINDI L Italia dovrebbe avere 4-5 centri di protonterapia e 1 centro per ioni carbonio (Pavia) Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 16
I siti Nel mondo protonterapia: 35 000 pz. ioni carbonio: 2000 pz. Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 17
GRUPPO DI STUDIO SULLA RADIOTERAPIA CON ADRONI: IMPLEMENTAZIONE DI UNA RETE DI CENTRI CLINICI SUL TERRITORIO NAZIONALE ITALIANO Roberto Orecchia, Milano (coordinatore) Marco Krengli, Novara (segretario) Maurizio Amichetti, Cagliari Marcello Benassi,, Roma Gianpaolo Biti,, Firenze Corrado Magnani, Novara Stefano Magrini, Brescia Sandro Rossi, Milano Riccardo Santoni, Roma Protoni, Categoria A: Protoni, Categoria B: 15000 900 pz/anno Ioni carbonio: 3700 TOTALE 19600 Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 18
Adroterapia nel mondo NORTHEAST PROTON THERAPY CENTER NPTC of Mas General Hospital Boston (2001) protons ( 235 MeV) cyclotron (IBA) 2 gantries + 2 fixed beams Midwest Proton Radiaton Institute Bloomington (IN) (2003) protons ( 210 MeV) from cyclotron 1 gantry + 1 fixed beam + 1 experimental LOMA LINDA UNIVERSITY CENTER Los Angeles (1992) protons ( 250 MeV) from synchrotron 3 gantries + 2 fixed beams M.D. Anderson Cancer Center Houston (TX) (2004) protons ( 235 MeV) from cyclotron 3 gantries + 1 fixed beam + 1 experimental Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 19
Centro commerciale di protonterapia 5 in USA, 4 in Giappone, 2 in Cina, 1 in Svizzera, 1 in Germania, 1 in Corea, 1 finanziato a Trento Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 20
Giappone: 4 Centri protoni e 2 centri ioni carbonio WAKASA BAY PROJECT by Wakasa-Bay Energy Research Center Fukui (2002) protons ( 200 MeV) synchrotron (Hitachi) 1 h beam + 1 v beam + 1 gantry HYOGO MED CENTRE Hyogo (2001) protons ( 230 MeV) - He and C ions ( 320 MeV/u) Mitsubishi synchrotron 2 p gantries + 2 fixed p beam + 2 ion rooms TSUKUBA CENTRE Ibaraki (2001) protons ( 270 MeV) synchrotron (Hitachi) 2 gantries 2 beam for research KASHIWA CENTER Chiba (1998) protons ( 235 MeV) cyclotron (IBA SHI) 2 Gantries + 1 hor. beam HEAVY ION MEDICAL ACCELERATOR HIMAC of NIRS (1995) He and C ( 430 MeV/u) 2 synchrotrons 2 h beams + 2 v beams SHIZUOKA FACILITY Shizuoka (2002) Proton synchrotron 2 gantries + 1 h beam Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 21
Gerhard Kraft et al Progetto pilota per ioni carbonio: GSI (Darmstadt) 2004: 200 patients (Prof. J. Debus) Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 22
HICAT Università di Heidelberg Finanziato con 72 MEuro: [Stato Centrale: 36 BEI: 36] Heidelberg: J. Debus U. Weber GSI: H. Eickhoff Th. Haberer Architects Nickl & Partner, Munich and Politecnico Torino - 24 marzo 2004 Heidelberg - UA University Building Authority 23
Scopo: introdurre in Italia e all estero le tecniche di adroterapia Fondazione non-profit creata nel 1992 a Novara Riconosciuta nel 1994 dal Ministero della Salute Oggi: : 15 fisici e ingegneri (equivalenti a tempo pieno) Due siti: Università di Milano-Bicocca CERN, Ginevra Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 24
I progetti TERA TERA ha proposto il Centro Nazionale: : a Novara (93-95) 95) e Milano (96-99) 99) Dal 2002 il Centro Nazionale di Adroterapia si costruisce a Pavia La terapia con ioni carbonio sta dando risultati positivi (Giappone) sui tumori radioresistenti Centri di protonterapia con ciclotroni e sincrotroni sono commerciali: TERA ha sviluppato una soluzione nuova per diagnostica e terapia LIBO e CLUSTER Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 25
1996-2000: PIMMS Proton Ion Medical Machine Study CERN TERA Med-Austron Capo progetto: P.Bryant Presidente del PAC : G. Brianti Nessuna limitazione di spazio e fondi 1999-2003 PIMMS/TERA design energia di iniezione: 7 MeV/u Un solo linac (GSI) dentro l anello Proton Ion Medical Machine Study Iniezione su molti giri Linee di fascio compatte Testate solo nella fase 2 Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 26
CNAO = Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica per protoni e ioni carbonio Investmento richiesto 70 M M Fondazione CNAO creata nel 2001 Presidente: : E. Borloni Min. Salute 35,3 M Fondazioni 7,1 M Pronto a Pavia alla fine del 2007 Fondatori CNAO - MILANO: Ospedale Maggiore, Ist. dei Tumori, Ist. Europeo di Oncologia, Ist. Neurologico Besta. PAVIA: Policlinico San Matteo NOVARA: Fondazione TERA Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 27
Fondazione CNAO e collaborazioni TERA ha prodotto per la CNAO 2900 pagine di disegni e specifiche tecniche e ha trasferito16 persone a pieno tempo e 9 consulenti (Settembre 2002- Dicembre 2003) CNAO si è sostituita a TERA nelle collaborazioni con: Laboratori Nazionali di Frascati dell INFN (C. Sanelli et al) Università e Sezione di Torino dell INFN (M. I. Ferrero, R. Cirio et al) CERN GSI (Darmstadt) (G. Kraft, Th. Haberer et al.) INFN è divenuto Partecipante Istituzionale della CNAO (fine 2003) Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 28
Il sito del CNAO CNAO 37000 m 2 ' Febbraio 2004: carotaggi sul terreno del comune vicino a Policlinico S. Matteo Pavia Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 29
Aree funzionali piano interrato LEGENDA AREE FUNZIONALI Area acceleratore mq 4187 Trattamento mq 3627 Simulazione mq 312 Accettazione-attesa mq 356 Spogliatoi personale mq 350 Collegamenti verticali mq 248 Area tecnica acceleratore mq 486 Centrali tecnologiche mq 330 Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 30
Sezioni SEZIONE LONGITUDINALE SEZIONE TRASVERSALE Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 31
19 marzo 2004 - Sono state selezionate le ditte per la trattativa su: costruzione dei magneti e del sistema di controllo. 22 marzo 2004 La ditta Calvi-TEKNE ha terminato il progetto degli edifici necessario per lanciare la gara europea Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 32
Altri progetti europei: MedAustron a Wiener Neustadt PIMMS/TERA 130 m Acceleratore: 75 M Edifici: 40 M Med. Dir.: T. Auberger Tech. Dir: E. Griesmeyer Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 33
Accordo della Università Claude Bernard con CEA (DMS) CNRS (IN2P3) Altri progetti europei: : ETOILE a Lyon PIMMS/TERA Fascio verticale 4200 m 2 Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 34
Altri progetti europei: Nordic Centre a Stockholm PIMMS/TERA Karolinska ha 7 linac e 1 microtrone(50 MeV) Primo progetto: Karolinska TERA NIM B184 (2001) 569 Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 35
ENLIGHT = European Networak for Light Ion Therapy Project Leaders U. Amaldi, J. Debus, J-P. Gérard, H-F Hoffmann, G. Kraft, R. Pötter, H. Svensson, A. Wambersie, CO-ORDINATOR A. Wambersie (assisted by J-P. Gérard, R. Pötter) Project Management G. Heeren, G. François WP 1 Epidemiology and Patient Selection WP 2 Epidemiology and Patient Clinical trials Selection WP 3 Preparation, Delivery & Dosimetry of Ion Beams A. Brahme WP 4 Radiation Biology WP 5 In-Situ Monitoring With PET WP 6 Health Economics Aspects R. Pötter J.J. Mazeron J. Mazeron H-H Baron H-H Baron D. Schulz D. Schulz WP3A Prepar. of beams T. Haberer WP3B Control system + dosimetry. S. Rossi WP3C Treatment Planning O. Jäckel WP3D Accelerator Technology H. Hoffmann A. Wambersie W. Enghardt P. Pommier Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 36
TERA ha proposto un nuovo strumento: il cyclinac Ciclotrone Ciclotrone di bassa energia per produzione di radioisotopi per la diagnostica Acceleratore lineare per p oppure C Quadrupoli per focalizzazione Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 37
Protonterapia: dettagli del LIBO 30-210 Ciclotrone da 30 MeV Lunghezza totale = 16 m per 10 moduli 4 10 Protoni in uscita 210 MeV Modulo 30-40 MeV in costruzione 360 cm 150 cm Singolo 80 cm K1 Doppio K2 Finestra Modulatore Isolatore Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 38
Prototipo del quarto modulo del LIBO Cosa è LIBO? Un linac ad accoppiamento laterale (SCL Side Coupled Linac Los Alamos) Cosa c è di nuovo? Primo linac per protoni ad alta frequenza (3 GHz) e alto gradiente: 15-20 MV/m in ogni tank Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 39
Elementi di base Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 40
Prototipo del quarto modulo del LIBO Collaborazione INFN-CERN CERN-TERA 1999-2001 Modulo provato a Catania nei Laboratori dell INFN Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 41
Schema del cyclinac per protonterapia profonda Istituto per la Diagnostica e la Radioterapia Avanzate IDRA = Cyclone 30 + LIBO 30-210 20 m 210 MeV 1 1 10 10 50 m 8 m Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 42
Schema di un cyclinac per melanoma Istituto per la Diagnostica e la Radioterapia Avanzate Terapia del melanoma oculare 20 m 65 MeV 1 3 50 m 8 m Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 43
Possibili usi del LIBO 30-160 Cyclone + LIBO = IDRA Istituto per la Diagnostica e la Radioterapia Avanzate A. Cyclone 30: produzione di radiosotopi per PET (FDG) e SPECT B. Cyclone 30 + LIBO 30-65: terapia del melanoma oculare C. Cyclone 30 + LIBO 30-160: Tumori pediatrici Tumori della base cranica e altri tumori a 15 cm di profondità Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 44
In un secondo tempo si potrà aggiungere una testata rotante testata LIBO rotante ciclotrone paziente Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 45
Una nuova struttura per un cyclinac a ioni carbonio CLUSTER Coupled-cavity Linac USing Transverse Electric Radial fields (TERA Patent pending) Strutture βλ/2 Bridge coupler LIBO: SCL = Side Coupled Linac (Los Alamos) Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 46
CLUSTER bridge coupler con un quadrupolo permanente LIBO a 3 GHz: CLUSTER a 6 GHz: in 16 metri campo totale = 180 MeV (11 Mev/m) in 26 metri campo totale = 700 MeV (27 MeV/m) Diametro del sincrotrone del CNAO Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 47
Il bridge coupler del CLUSTER Tesi di laurea di Cesare Tronci Politecnico di Torino Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 48
FINE Politecnico Torino - 24 marzo 2004 - UA 49