Fisica ed Applicazioni degli Acceleratori di Particelle Corso di dottorato 2014.
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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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)
Scansione attiva
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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.
“C’è vero progresso solo quando i vantaggi di una nuova tecnologia diventano per tutti”
H. Ford
Grazie dell’attenzione