adroterapia a cnao - giornate di studio sui rivelatori · xxii giornate di studio sui rivelatori...
TRANSCRIPT
Simona Giordanengo - INFN Torino
Adroterapia a CNAO (Centro Nazionale di Adroterpia Oncologica)
Parte II
XXII GIORNATE DI STUDIO sui RIVELATORI
Torino 12 Giugno 2012
Sommario
• PARTE II
– Adroterapia in Italia (CATANA, ATreP)
– CNAO
• Disegno e sviluppo
• Commissioning (acceleratore, dose delivery e
integrazione sottosistemi)
• Inizio attività clinica
• Sequenze “paziente”
• Primi risultati
Adroterapia in Italia - Numero di potenziali pazienti
X-Ray therapy (fotoni 5 – 20 MeV)
Nuovi pazienti per anno: 120'000 pts/y
Protoni
Categoria A: elective patients = 1'000 pts/y
(Commission Ministry of Health – Year 2009)
Categoria B: good indications = 12'000 pts/y
Ioni Carbonio
% tumori radioresistenti 1'500 pts/y
1 centro doppia particella (p and C): CNAO
Possibilmente 1 centro di protonterapia ogni 10 M
abitanti
ITALIA: 60 MILIONI ABITANTI
Courtesy of S. Rossi- CNAO
ELECTIVE INDICATIONS FOR PROTONTHERAPY IN ITALY
Patology Patients per
year
Potential patients for protons
Patients per year Percentage to be
treated with
protons
Uveal melanoma 310 310 100%
Chordoma of the skull
base and spinal cord 45 45 100%
Chondrosarcoma of
skull extremities and
trunk
90 90 100%
Meningioma of skull base 250 125 50%
Paraspinal tumours 140 140 100%
Schwannoma of cranial
nerves 300 45 15%
Adenoma of hypophysis 750 75 10%
Pediatric solid tumours 960 144 15%
TOTAL 1885 974
Courtesy of S. Rossi- CNAO
CATANA
Scattering
systemModulator &
Range shifter
Monitor
chambers
Light
field
LaserSecond foil
First foil
Scattering
systemModulator &
Range shifter
Modulator &
Range shifter
Monitor
chambers
Light
field
Laser
Light
field
Light
field
LaserLaserSecond foil
First foil
~300 pazienti dal 2002
Trattamenti di
tumori oculari
con protoni
Ciclotrone
p - 60 MeV
Laboratori Nazionali del Sud, INFN
ATreP (Trento)- Avanzato stato di costruzione
•Stato a Maggio 2012 cyclotrone installato
linea estrazione installata
Gantries pronti per essere
montati
tra poco fascio in macchina
Dic 2, 2009: contratto IBA e ATreP
≈ Maggio 2013: test di accettazione sul Gantry1
≈ Ottobre 2013: test di accettazione sul Gantry2
8
Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica
CNAO - Pavia
Dalla proposta di Ugo Amaldi e Giampiero Tosi (1991) di un
centro di Teleterapia con adroni
Primo centro italiano dedicato a:
• Trattamento di pazienti con
ioni carbonio e protoni
• Ricerca clinica e radiobiologica
GSI Linac LINAC 0.4 - 7 MeV/u H3+ 0.4 - 7 MeV/u C4+
RFQ 0.008 - 0.4 MeV/u H3+ 0.008 - 0.4 MeV/u C4+
Treatment
Rooms
Synchrotron
Ion Sources 0.008 MeV/u H3+ 0.008 MeV/u C4+
I ~ 0.7 mA H3+ I ~ 0.2 mA C4+
7-250 MeV p 7-400 MeV/u C
I ~ 0.1-6 mA (p) I ~ 0.03-1.5 mA (C)
High Energy
Transfer Lines
60-250 MeV p 120-400 MeV/u C
< 1010 p/spill (~2nA) < 4 108 C/spill (~0.4nA)
Permette una rapida INTERRUZIONE e RIACCENSIONE del fascio
(tempo di chiusura dipende dalla particella ma sempre < 200 us)
Sicuro (Beam ON solo a correnti
opportune)
Consente di qualificare il fascio
Chopper
Viene utilizzato per ampie distanze tra gli
spot
Sarà utilizzato per la sincronizzazione con il
respiro del paziente nel trattamento di
tessuti in movimento
Ciclo campo magnetico dei dipoli
Spill completo (1 sec) Spill interrotto
col Chopper 3 sec di interspill
15
y
x
z
Isocenter
Scanned
Field
y
x
z
Isocenter
Scanned
Field Scanning
magnets Protons,
Carbon ions
Scansione Quasi-discreta (CNAO)
• Distanza tra 2 Spot ~ 1/3 FWHM del fascio
• Viene rilasciata dose residua tra gli spot (trascurabile per step corti, alta
velocità di scansione e intensità di fascio cliniche (~ 109protons/sec)
Al raggiungimento della dose richiesta su uno spot, il fascio
viene rapidamente spostato sullo spot successivo senza
spegnere il fascio
Flu
ence
Spot position
Distanza tra spot
Dose residua
16
Nozzle and monitor system
z
E0<E1<…<En
Isocenter
Scanning magnets
UniTo - INFN – CNAO : Dose Delivery System
Disegno Sviluppo Costruzione
Sistema di distribuzione e monitoraggio on-line del fascio
17
Interfacce del Dose Delivery
FAST CONTROL
Beam
monitors
BOX 1 BOX 2
Treatment
Planning System
Accelerator
Timing System
General Control
System
Interlock System
(Patient safety)
Treatment
Console
Chopper
(Beam Off)
Scanning Magnets
BOX 1 BOX 2
INT-1 INT-2 STRIP-x STRIP-y PIXEL
128 V strips
Strip e Pixel
Area sensibile 21x21 cm2
1024 pixels 128 H strips Sensitive area
24x24 cm2
Strip X
pitch 1.65 mm Strip Y
pitch 1.65 mm Pitch 6.6
mm
Gap tra elettrodi 5 cm
Monitor del Dose Delivery
1 MHz Integrale
10 kHz strip/pixel
19
En
• Monitorare on-line il fascio (fluenza,
posizione e dimensione)
• Impostare la corrente ai magneti di
scansione spot per spot
• Correggere on-line la posizione
(operazione di feed-back)
• Fermare il fascio slice per slice o in
caso di interlock (impulso al Chopper)
Quando il fascio è nel paziente, il DD deve…
BOX 1 BOX 2
PS PS
Slice
Spot
trattati
Fast Control DAQ
Monitor di intensità
e di posizione Magneti di scansione
IDD
IDD
IPS
IPS
FPGAs
20
TREATMENT LOADING and TRANSLATION
START SPILL
LOGFILE
YES
NO
DATA STORAGE
END of SLICE or SPILL
NO
YES
WAIT NEXT TREATMENT
End of Slice
End of Treatment
Sequenza di trattamento
21
Le posizioni del fascio per ogni spot,
calcolate dal TPS vanno convertite dal
DD in coordinate delle camere a strip
e correnti dei magneti.
Per ogni spot: (En, Np, X, Y)
(conteggi, xstrip, ystrip, Ix, Iy)
Il numero di particelle viene
convertito in conteggi delle camere a
ionizzazione (monitor di intensità)
Caricamento e conversione dati trattamento
TREATMENT LOADING and TRANSLATION
START SPILL
LOGFILE
YES
NO
DATA STORAGE
END of SLICE or SPILL
NO
YES
WAIT NEXT TREATMENT
End of slice
End of treatment
Con opportune
calibrazioni
22
Dopo un segnale dal sistema di timing
(trigger dal sistema di
sincronizzazione della macchina)
inizia lo spill (estrazione particelle)
insieme all’acquisizione dei monitor
di fascio.
START SPILL
TREATMENT LOADING and TRANSLATION
START SPILL
LOGFILE
YES
NO
DATA STORAGE
END of SLICE or SPILL
NO
YES
WAIT NEXT TREATMENT
End of slice
End of Treatment
Durante lo SPILL per ogni spot DD conta le particelle,
DD controlla la posizione del fascio
DD correggerà le correnti quando
necessario (feed-back sulla posizione).
ALLA FINE DI OGNI SPOT DD trasmette il riferimento di corrente
del nuovo spot all’alimentatore dei
magneti
END SLICE or TREATMENT
FINE SLICE e SPILL DD stop a monitor DAQ
DD salvataggio dati
DD pronti per un nuovo spill
FINE TRATTAMENTO
DD crea “logfiles” e li
trasmette al General Control
System
DD pronto per un nuovo
trattemento
23
TREATMENT LOADING and TRANSLATION
START SPILL
LOGFILE
YES
NO
DATA STORAGE
END of SLICE or SPILL
NO
YES
WAIT NEXT TREATMENT
End of Slice
End of Treatment
Filmati trattamento in sala controllo locale
http://personalpages.to.infn.it/~giordane/videoDDdata-CNAO/
Alcuni risultati preliminari sulla misura di particelle
0.1% of spots -
0.05% of protons
97% of spots –
99% of protons
0.2% of spots
and protons
97% of the spots are within ±2.5%
(green region), which contain more
than 99% of the delivered protons.
Overdose (red region) and underdose
(orange region) occurs in less than
1‰ and 0.2% of the spots
respectively.
Alcuni risultati preliminari sulla misura di posizione
Standard deviation of horizontal (white) and vertical (red)
measured positions in 23 consecutive fractions
only spots with > 1000 counts are considered
Le fasi CNAO dal 2002
Fase 1: Costruzione Years: 2005 - 2009
Fase 3: Sperimentazione
Approvata dal Ministero della Salute e Regione Lombardia
OBIETTIVO:
• Caratterizzazione Dosimetrica
• Caratterizzazione radiobiologica
• Trattamento primi pazienti
Years: 2010 - 2012
Fase 0: Organizzazione Years: 2002 - 2004
Courtesy of S. Rossi- CNAO
Primavera – Estate 2011 a CNAO
Commissioning sottosistemi:
• Timing,
• Sistema di Controllo,
• Dose Delivery,
• Sistemi di interlock Macchina e Pazienti,
• Procedure di accesso,
• Interfacce Hardware e Software,
• Installazione e verifiche dell’ Oncological
Information System (Elekta USA)
• Commissioning Treatment Planning System
Primavera – Estate 2011 a CNAO
Commissioning sottosistemi:
………debug, test, verifiche, controlli,
……..giorni e notti in sala controllo
…..problemi….
SOLUZIONI
Giuseppe Garibaldi dipinto dal
fascio di CNAO su una pellicola
radiografica
Aprile 2011
Il 2011 al CNAO
22 Settembre 2011
Primo campo su paziente
Presente e futuro a CNAO
A regime si vorrebbero trattare 2500 pazienti all’anno e
la maggior parte con ioni carbonio
CNAO attualmente ha concluso il trattamento di 14
pazienti e ne sta trattando altri 6 con protoni nella
prima sala;
dopo l’estate inizierà a trattare in 2 sale;
a fine anno inizieranno i trattamenti con ioni carbonio;
Oggi… da lunedì a venerdì a CNAO
~90 dipendenti oggi
Acceleratore acceso 24 /24 h 7/7 g
• h 6-8 Misure di qualità del fascio
• h 8-13 Trattamento 6-7 pazienti
• h 14-6 + sab-dom
Commissioning Carbonio e altre sale- Calibrazioni-
Misure-Verifiche sottosistemi
Futuro: strategia CNAO
per la compensazione del movimento organi
Target
Organ
Motion
Compensator
DD
system
Stop
del
fascio
con il
chopper
Magnet
System
Cntrl
Custom
protocol
OTS
software
Magneti di
scansione
Custom
protocol
ΔX,ΔY,ΔZ
ΔZ troppo
grande
Politecnico di Milano
INFN Torino,
Progetto Europeo ULICE
Markers esterni
Interfaccia OTS - Magneti
RICERCA A CNAO
Experimental Room
2013
Linea dedicata alla ricerca in fisica
e radiobiologia
Courtesy of S. Rossi- CNAO
• 3 ion sources for phase 1 (one additional source possible)
• Pre-accelerator – RFQ & IH Linac
• Main accelerator – synchrotron (77 m circ.) CNAO/CERN/PIMMS design
• Extraction line
• Irradiation rooms: research: horizontal, medical: horizontal & vertical, horizontal, proton-gantry
Med-Austron (Centro di Adroterapia Austriaco)
GIUGNO 2012
Med-Austron ha acquistato il Dose Delivery CNAO
Monitor Software +
Ditta di software
italiana che si sta
occupando della
certificazione del
Software
http://p-therapie.web.psi.ch/e/index.html
Grazie per l’attenzione
http://www.cnao.it/
http://ptcog.web.psi.ch/
http://www.youtube.com/watch?v=PPMGee6OEw4
http://www.youtube.com/watch?v=gfabu3fwrtQ&feature=
related