Fondazione CNAO Trattamenti adroterapici e...

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

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Fondazione CNAO

Trattamenti adroterapici e ricerca

Ph.D. M. M. Necchi

Pavia, 21 Marzo 2018

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7 Novembre 2005CNAO – Pavia

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Era il 1991…

ATER-INFN

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From 1996 to 1999 at CERN

PIMMS (Proton-Ions Medical Machine Study)

Objective: define the optimal hadrontherapy centre without constraints

CERN-GSI-MedAUSTRON-

Oncology2000-TERA

PL: P. Bryant (CERN+experts)

PAC: G. Brianti chairman

TERA: 25 manyrs

MedA.: 10 manyrs

O2000: 3 manyrs

GSI: experts advices

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Le fasi di CNAO

Fase 1: costruzione Anni: 2005 - 2010

Fase 2: sperimentazione Anni: 2010 - 2013

Fase 0: organizzazione Anni: 2002 - 2004

Fase 3: operatività Dal 2014 - …

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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

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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

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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

Collaborating Institutes: a network for construction and research

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L’Alta Tecnologia del CNAO

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(courtesy of Siemens Medical)

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Flexible hightech design: compact solution

Linac

Treatment

Rooms

Synchrotron

Ion Sources

High

Energy

Transfer

Lines

Hospital based: safety, efficiency, reliability, maintainability

Coming up in 2018

New experimental room(in collaboration with INFN)

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Il sincrotrone per protoni e ioni carbonio

7-250 MeV p

7-400 MeV/u C

I ~ 0.1-6 mA (p)

I ~ 0.03-1.5 mA (C)

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Performance CNAO from Nov. 2011 to Dec. 2017

2095 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)

327 gg

238 gg

25 gg

0 gg

92.8%

100%

96.8% (314 vs 9937)

Year 2017

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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

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Photons Protons

Radioterapia vs protonterapia: quali vantaggi?

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Protons

Protons

X-rays

Pazienti pediatrici: protonterapia

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Cordomi sacrali

1 anno dopo CIRT

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Pre CIRT

Post CIRT (1 mese)

Pre CIRT

Post CIRT (36 mesi)

ACC

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Il fascio del CNAO per attività clinica

Pazienti trattati all’anno

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Dal Settembre 2011

Sono stati trattati più di 1700 pazienti, divisi per patologia

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Trattamenti, reirradiazioni,

particella

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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

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Research: hot topics

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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-INFNPre-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 UTSWDetermining the response of pancreatic and head and neck cancer celllines to carbon-12 irradiation mimicking a clinical setting

8 Mike Story &C cellule UTSWDetermining the response of pancreatic and head and neck cancer celllines to carbon-12 irradiation mimicking a clinical setting

8 Berardinelli-Antoccia cellule Roma3Testing 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 Roma3Testing G-quadruplex-stabilising agent RHPS4 for its potential capability to enhance radiation damage produced by Hadrons.

8 Manti-Dini ETHICS ISS-INFNPre-clinical experimental and theoretical studies to improve treatment and protection by charged particles (INFN Experiment: ETHICS)

Beamtime for research projects in 2017

224 h

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At CNAO a 5th beamline devoted to research is presently under construction

Experimental room

Collaboration with INFN

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Progetto Laurea Magistrale Plus al CNAO

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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 post-

trattamenti 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.

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2. Modulazione di intensità

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.

Schoemers et Al, NIM A 795 (2015) 92-99

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3. Sviluppo, in collaborazione con l’INFN, di un monitor di fascio per calibrazione a basse intensità

Courtesy by Prof. G. Battistoni, INFN-MI

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.

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“C’è vero progresso solo quando i vantaggi di una nuova tecnologia diventano per tutti”

H. Ford

Grazie dell’attenzione