Adroterapia (3)

Università Cattolica di RomaFacoltà di Medicina e Chirurgia

Scuola di Specializzazione in Fisica Sanitaria

Andrea Pentiricci

- Terapia con ...

- Principi base di radioterapia

- Adroterapia: LET, RBE e OER

- Trasmissione della dose e picco di Bragg

- Microdosimetria

- Adroterapia in Italia

Effetti radiobiologici degli adroni

aumento del potere letale del trattamento e diminuzione contemporanea dei danni al tessuto sano (scala macroscopica)

• l'aumento dell'RBE delle radiazioni densamente ionizzanti è correlato alle cessioni di energia su distanze del nanometro

micro (nano) dosimetria

LET: buon indicatore della qualità della radiazione?

• densità di ionizzazione media di una particella carica senza riferimento alla sua distribuzione radiale

• natura casuale delle perdite d’energia lungo la traccia

Microdosimetria in adroterapia

energia specifica z = / m

energia specifica per volume critico z*

- energia media rilasciata- sue fluttuazioni a livello cellulare

volume piccolo,basse dosi

volume sensibile ad almeno un evento di perdita di energia

- parte in grigio = fluttuazioni a una deviazione standard

- linea tratteggiata = numero % di volumi colpiti da almeno un evento

- dose macroscopica a cui sono colpiti il 99% dei volumi sensibili

z* a diverse profondità lungo l’assedel fascio, per valori diversi di dose

60Co

protoni 160 MeV

1. oltre le frecce z* medio è uguale a D ma le fluttuazioni statistiche nei protoni sono più ampie

2. alla dose terapeutica di D = 2 Gy (linea verticale) le fluttuazioni di z* sono diverse nei due casi

3. probabilmente il destino delle cellule irraggiate è legato molto di più ai massimi valori di z* piuttosto che ai suoi valori medi

considerazioni

struttura della traccia e suo profilo radiale

profilo medio della densità d’energia

misurato perpendicolarmentealla traiettoria

gli ioni leggeri C hanno maggiore probabilità di rompere entrambe le eliche del DNA delle cellule mentre non ci si aspetta la stessa rilevanza per radiazioni a basso LET

"bersaglio biologicamente significativo" per le radiazioni

dosimetria nanometrica

un bersaglio con dimensioni del nanometro: il DNA

curve di sopravvivenza e RBE

- tipo di radiazione utilizzata- tipo di cellula investita

da un punto di vista degli effettiglobali, determinazione della capacità clonogenica residua

spalla

no frazionamento

nel picco di Bragg rispetto al plateau

i protoni hanno un RBE maggiore

- Terapia con ...

- Principi base di radioterapia

- Adroterapia: LET, RBE e OER

- Trasmissione della dose e Picco di Bragg

- Microdosimetria

- Adroterapia in Italia

(“Verso una coordinazione della ricerca sul cancro in Europa“,Cancer Research Working Party)

(Centro di AdroTerapia e Applicazioni Nucleari Avanzate)

• Collaborazione INFN-LNS, Dipartimento di Fisica, Istituto di Oftalmologia e Istituto di Radiologia dell’Università di Catania

• Ciclotrone superconduttore: 62 MeV (range 3 – 4 cm, melanomi oculari)

• In progetto nuovo ciclotrone: 250 AMeV per p, 12C

• Omogeneità laterale entro il 5% per un campo di 25 mm

Progetto CATANA

Modulated Beam Lateral Dose Distribution

0

20

40

60

80

100

120

-30 -20 -10 0 10 20 30

Position (mm)

Sig

na

l %

Diode

Gaf

Radiografic Film

Sistema di diffusione

Modulatore e “Range shifter”

Camere monitor

Campo luce

Laser

CNAO (Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica)

dettaglio di una sala per trattamenti

testata isocentrica

retro della

testata isocentrica

- Luglio 2004: firmata convenzione con INFN

- Sincrotrone + LIBOs:250 MeV (p), 400 MeV/u (12C) 27 cm

- Produzione di radionuclidi

Linear Boosterciclotrone

input energy = 30 MeVoutput energy = 200 MeV

raster scanning

uniformità 2.5%

schema di un sistema di distribuzione della dose “attivo“: impiego di magneti deflettori

comunemente usati per piegare i fasci di particelle presso gli accelleratori usati per la

ricerca fondamentale

LLU ~1000

L’adroterapia nel mondoL’adroterapia nel mondo

Centro Inizio Acceleratore Particella Raggio En. clinica (MeV) # pazienti

Dismessi 1954 - - - - 1317HCL, Cambridge (USA) 1961 Ciclotrone p H 160 9116ITEP, Mosca (Russia) 1969 Sincrotrone p H 70-200 3663LINPh, San Pietroburgo (Russia) 1975 Sincrociclotrone p H 1000 1029NIRS, Chiba (Giappone) 1979 Ciclotrone p H 70-90 145PMRC, Tsukuba (Giappone) 1983 Sincrotrone p V fino a 250 1027PSI, Villingen (Svizzera) 1984 Ciclotrone p H, G fino a 250 4166JINR, Dubna (Russia) 1987 Sincrociclotrone p H 70-200 275GWI, Uppsala (Svezia) 1989 Ciclotrone p H 45-200 311Douglas Unit Clatterbridge (UK) 1989 Ciclotrone p H 62 1287LLUMC, Loma Linda (USA) 1990 Sincrotrone p H, G 70-250 8626CAL, Nizza (Francia) 1991 Ciclotrone p H 65 1951CPO, Orsay (Francia) 1991 Sincrociclotrone p H 73-200 2157NAC, Faure (Sudafrica) 1993 Ciclotrone p,n H fino a 200 446MPRI, Indiana (USA) 1993 Ciclotrone p H 75-200 34UC Davis, Sacramento (USA) 1994 Ciclotrone p H fino a 200 448HIMAC, Chiba (Giappone) 1994 Sincrotrone

12C H, V 800/u 1601

TRIUMF, Vancouver (Canada) 1995 Ciclotrone p H 70 77GSI, Darmstadt (Germania) 1997 Sincrotrone

12C H 430/u 172

HMI, Berlino (Germania) 1998 Ciclotrone p H 65 437NCC, Kashiwa (Giappone) 1998 Ciclotrone p H, G 235 230

HIBMC, Hyogo (Giappone) 2001 Sincrotrone p,12

C H, G, V 230-320 210NPTC, Massachussets (USA) 2001 Ciclotrone p H, G 235 607CATANA, Catania (Italia) 2002 Ciclotrone p H 62 52WERC, Wakasa Bay (Giappone) 2002 Sincrotrone p H, V 200 8TOTALE 39392

HIMAC, Chiba, Giappone

FINE