aspetti fisici dell’ adroterapia al...
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Aurora Tamborini Assegnista di ricerca INFN – Sezione di Pavia
Incontro di Orietamento per la Laurea Magistrale in Scienze Fisiche
Martedì 19 Maggio 2015, Aula 102
Aspetti Fisici dell’ Adroterapia al CNAO
Adroterapia
Gli adroni costituiscono una nuova dimensione della radioterapia rispetto alla
terapia convenzionale con fotoni.
IMRT fotoni Adroni
Il CNAO – Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica
Sincrotrone CNAO: diametro 25 m
Linea a bassa energia: E ~ 0.008 MeV/u
Linea a media energia: E ~ 7 MeV/u
www.cnao.it
Sincrotrone: E => 7-250 MeV/u (p), E => 7-400 MeV/u (12C) Linea ad alta energia: E ~ 60-250 MeV/u (p), E ~ 120-400 MeV/u (12C)
Modalità di scansione attiva del fascio
Fascio incidente con dimensioni variabili
-> 4.5 – 8.0 mm per CARBONIO
-> 7.0 - 22.3 mm per PROTONI
Il fascio è deflesso verticalmente e orizzontalmente da due magneti di scansione
Ogni strato del tumore è irraggiato variando l’energia
del fascio incidente
Gruppi di Ricerca
Gruppo MC-INFN Geant4
A.Rimoldi, C. Riccardi, A. Tamborini [email protected]
Gruppo MC-INFN FLUKA
A. Rotondi, A. Fontana, E. Bellinzona, A. Embriaco [email protected] G. Magro [email protected]
Gruppo diagnostica di Fascio CNAO E. Rojatti [email protected]
Gruppo MC-INFN/GEANT4 (Adele Rimoldi et al.): ATTIVITA’
1. Studio di utilizzo di protoni (modalità scansione attiva) per il trattamento di melanomi oculari a CNAO. 2. Studio sul possibile impiego di ioni carbonio per la cura dei melanomi.
GEM 3. Simulazione e sviluppo di un rivelatore GEM (Gas Electron Multiplier) per una possibile applicazione come monitor di dose per la verifica di piani di trattamento a CNAO.
Courtesy of F. Murtas
Simulazione Geant4 linea di fascio CNAO
Beam pipe
Carbon shutter
Box1 and Box2 (NOZZLE)
Range shifter
Ripple filter 1 (2 mm thick)
Ripple filter 2 (2 mm thick)
Beam axis
Brass collimator to focus the beam
The eye-detector
CNAO treatment room
Piersimoni P, Rimoldi A, Riccardi C, Molinelli S and Ciocca M, 2015 Journal of Applied Medical Physics 16(2) 261
Simulazione Geant4 linea di fascio CNAO
100.51 MeV - PROTONI Campo 40 mm X 40 mm
Step 3 mm
Dose Volume Histogram (protoni)
http://iopscience.iop.org/1742-6596/513/2/022028/pdf/1742-6596_513_2_022028.pdf
Studi in corso e prospettive
Utilizzo fasci carbonio per trattamento melanoma oculare
Perchè interessarsi alla nostra attività?
Per: • Approfondire gli studi di impatto della radiazione con protoni sui
tumori oculari. • Ottimizzare gli studi di cura dei melanomi con ioni carbonio. • Studiare il comportamento di un rivelatore GEM su fascio CNAO
come monitor di dose.
Gruppo MC-INFN/Fluka (Giuseppe Magro)
Supporto giornaliero all’attività clinica
- Ricalcolo dei piani di trattamento e/o verifica dei piani di trattamento
- Verifica della robustezza dei piani di trattamento
- Completamento di trattamenti parziali
Confronto di Efficacia Radiobiologica Relativa (RBE): NIRS vs. CNAO nella terapia con ioni carbonio
Trattamento oculare con fascio a scansione attiva
Studio di nuove specie di ioni (4He, 16O, etc…)
https://indico.cern.ch/event/358091/session/3/contribution/12/material/slides/1.pdf
Gruppo diagnostica di Fascio (Elisa Rojatti)
https://jacowfs.jlab.org/conf/y15/ipac15/prepress/MOPHA050.PDF
https://jacowfs.jlab.org/conf/y15/ipac15/prepress/MOPHA051.PDF
Sviluppo e test rivelatori a scintillazione
nella HEBT (linee ad alta energia
dell'acceleratore). Ottimizzazione dal
punto di vista hardware e software e messa
in funzione di nuovi progetti con metodi di
lettura alternativi.
Misura dei i parametri di fascio ad alta
energia (posizione, larghezza ed intensità).
Courtesy of E. Rojatti
Backup Slides
22 Settembre 2011: PRIMO paziente trattato con protoni 13 Novembre 2013: PRIMO paziente trattato con ioni carbonio
Dall’inizio dell’attività del centro CNAO sono stati trattati circa 350 pazienti
20% con PROTONI 80% con ioni carbonio
La Clinica CNAO – La Clinica
Adroterapia, ad oggi……. Sono attivi nel mondo 34 Centri di terapia con PROTONI, la maggior parte dei quali (11) è negli Stati Uniti Sono oltre 93000 i pazienti trattati con protoni nel mondo, ad iniziare dal 1961 Sono attivi nel mondo 7 Centri di IONI CARBONIO, la maggior parte in Giappone, e due in Europa (Heidelberg e Pavia) Sono oltre 13000 i pazienti trattati con ioni, a partire dal 1957 (elio) e. dal 1994, con ioni carbonio
Lo CNAO è un centro di eccellenza per il trattamento dei tumori non solo a livello Nazionale ma Europeo!
Conclusioni CNAO- La Clinica
Optimization of Treatment Planning Systems in Hadrontherapy
Pavia Group:
Prof. Alberto RotondiDr. Andrea FontanaElettra V. Bellinzona
Alessia Embriaco
In collaboration with:
Stopping
MultipleCoulomb
Scattering
NuclearInteractions
Hadrontherapy
Lateral dose profile
On the parametrization of lateral dose profiles in Proton radiation therapy (in press)
Lateral half-profile of deposited energy for the CNAO beamline simulated from a real phase space beam of 117.75 MeV protons in water, depth=8 cm.
(Bragg Peak in water 9.5 cm).
Lateral dose profile
An analytical model for the accurate computation of the lateral dose profiles of proton in water
Multiple Coulomb Scattering
Molière's theory
Nuclear interactions
Parametrization
Analytical Model
ANALYTICAL
PHYSICS FOUNDATION
COMPUTATION TIME
Longitydinal profile:Analytical solution
Per maggiori informazioni:
Prof. Alberto [email protected]
Dr. Andrea [email protected]
Contatti:
Tesi triennali e magistrali
Possibilità di dottorati anche all'estero