"I laboratori incontrano le imprese", ENEA-Frascati 25 maggio 2010

Acceleratori medicali e strutture a radiofrequenza

Concetta Ronsivalle, UTAPRAD-SOR,ENEA Frascati

Aurelio Minoliti, NRT S.p.A, Aprilia

Sommario

Competenze ENEA nel campo degli acceleratori per applicazioni medicali

Esempio di trasferimento del know-how all’industria nazionale: acceleratori lineari di elettroni per RadioTerapia IntraOperatoria

Acceleratori di protoni per applicazioni in radiobiologia e radioterapia. Collaborazioni con l’industria.

Interesse per l’industria: situazione attuale e prospettive di mercato (NRT)

Competenze ENEA nel campo degli acceleratori per applicazioni medicali

Competenze teoriche e progettuali:

- Modellistica degli acceleratori per elettroni e protoni, dalla sorgente al beam delivery

- Progettazione e analisi delle problematiche degli impianti di acceleratori per uso medicale

Competenze sperimentali e realizzative:- Impianti di radiofrequenza

di alta potenza - Sintonia di strutture

acceleranti e misure RF-Impianti da ultra alto vuoto,

diagnostiche e sicurezze

Anni ’80-’90: azione di trasferimento del know-how all’industria nazionale nel campo della costruzione di acceleratori lineari di elettroni.

Tale competenza trasferita alla Società HITESYS di Aprilia consentì la realizzazione del sistema per Radioterapia Intraoperatoria NOVAC7

La Radioterapia IntraOperatoria (IORT) La IORT è una modalità di trattamento radioterapico che

consiste nella somministrazione di una dose elevata di radiazione al residuo tumorale o al letto tumorale esposto chirurgicamente ad un fascio collimato di elettroni.

Peculiarità: possibilità dell’impiego diretto in sala operatoria

0

20

40

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80

100

120

0 10 20 30 40 50 60 70

Depth in water phantom(mm)

Rel

ativ

e D

ose

(%)

E0=3.7 MeV, Ep0=4.48 MeV

E0=5.0 MeV, Ep0=5.32 MeV

E0=6.0 MeV, Ep0=6.48 MeV

E0=7.0 MeV, Ep0=7.79 MeV

NOVAC7Testa radiante

La testa radiante (cannone elettronico+acceleratore lineare) è montata su di un sistema robotizzato che ne assicura la completa mobilità

Cono di collimazionein plexiglas

Alimentatore a radiofrequenza

Guida d’onda flessibile

LA STRUTTURA ACCELERANTE Energie nominali 3-5-7-9 MeV

Corrente di picco 1.5 mA

Frequenza di ripetizione 1-30 Hz Durata dell’impulso 4 µsec

Frequenza RF 2.998 GHz

Tipo di Struttura SW OAC in rame OFHC brasata

No. cavità acceleranti 11

Lenti magnetiche nessuna

Lunghezza 50 cm

Peso 25 Kg

550 mm

Periodo 1999-2003:il Progetto IORT

4.3 M€ da MIUR-UE (legge ex-488)

Coordinamento ENEA Partners Istituti:IFO,Consorzio

CETMA, Università di Bologna, Industrie: HITESYS (testa radiante), INFO&TECH (sistema di movimentazione)

2 brevetti IORT-1 Macchina commerciale LIAC

Sistema IORT innovativo con destinazione in un Ospedale del Sud Italia

Sviluppo sistemi dosimetrici dedicati Modellizzazione in RV del processo IORT

Dal 2007: collaborazione con la Società NRT (New Radiant Technology), attuale possessore del marchio NOVAC7 Richiesta di collaborazione da parte della società NRT sui seguenti “items” (“Svolgimento commessa di ricerca su acceleratori lineari”):

Sviluppo cannone elettronico per linac-IORT

Sviluppo struttura accelerante per sistema radiografico mobile portatile

Sviluppo struttura accelerante per sterilizzazione

Recenti sviluppi per acceleratori compatti: linac ad alta frequenza (Banda C)

Cavità in Banda S

Cavità in Banda C

Prototipo di linac in Banda C (realizzato presso TSC, Fiumicino) in misura su banco RF

Sviluppo di linacs in banda C (F=5712 MHz) in collaborazione con la società ADAM di Ginevra (si sta ultimando la formalizzazione dell’accordo ENEA-ADAM)

Sviluppo Acceleratori di protoni Progetto Adroterapia – U. Amaldi – Inizio 1993 Scopo: acceleratore innovativo, compatto, lineare, scanning 3D Brevetto ENEA SCDTL (3 GHz) Progetto TOP (ENEA-ISS-IFO) inizio 1998 2 Convenzioni ISS-ENEA fino al 2005 totale 2.6 M€

Prototipo struttura SCDTL

Iniettore (RFQ+DTL) da 7 MeV (PL7, prodotto da ACCSYS, F=425 MHz)

Acceleratori di protoni per radiobiologia e protonterapia:programmi attivi

Progetto IMPLART (Intensity Modulated Proton Linac for Radiotherapy)

Istituti di ricerca:ENEA,ISS,IFO Industrie: NRT,CECOM,ADAMFinanziamento : 11 M€ in 3 anni Convenzione Regione-ENEA

150 MeV

Progetto ISPAN (Irraggiamento Sperimentale con Protoni per modelli cellulari e Animali)

Istituti di ricerca:ENEA,ISS Industrie: NRT,CECOMFinanziamento : 580 K€ Bando FILAS

17.5 MeVPL7

PL7

SCDTL

SCDTL CCL

30 m

La società NRT e il NOVAC7 oggi

Incremento della max. energia nominale a 10 MeV

Lo scudo mobile a posizionamento elettronico

il telecomando digitale, l’interfaccia-operatore con monitor LCD touch screen

Tutte le movimentazioni a più velocità (testa radiante: 10,20,30 mm/sec;1 mm nella direzione di movimento) regolabili tramite telecomando

Il cannone elettronico realizzato da NRT (in collaborazione con l’ENEA)

“UPGRADES” EFFETTUATI SUL NOVAC7

Rollio

Beccheggio

La situazione del mercato IORT Tre sistemi IORT (NOVAC7,LIAC,MOBETRON) attualmente

sul mercato mondiale Mercato in espansione in Italia e all’estero La NRT sta promuovendo la diffusione anche all’estero del

NOVAC7 (precedentemente limitato al mercato nazionale):

INSTALLAZIONI GIA’ EFFETTUATE: - Ospedale Saint Savvas (Atene-Grecia) - Universitatsklinikum (Aachen-Germania) - UniversitatsKlinikum Dusseldorf (Dusseldorf – Germania) - EASTERN REGIONAL MEDICAL CENTER

Cancer Treatment Center of America (Philadelphia – USA)

Gli obiettivi nel breve periodoPORTARE SUL MERCATO IL NUOVO NOVAC10 NELLA PRIMA META’ DEL 2011 CON LE SEGUENTI INNOVAZIONI: Eliminazione della guida d’onda flessibile Riduzione di altezza e peso dello stativo Utilizzo di una nuova struttura accelerante

compatta in banda C da 12 MeV (in collaborazione con ENEA e ADAM)

Utilizzo di un dosimetro in vivo di nuova concezione per dosimetria assoluta

Riprogettazione del software di gestione macchina e interfaccia operatore

ALTRI OBIETTIVI STRATEGICI

Acceleratore portatile per radiografia industriale (PROGETTO X-EYE 2000)

Acceleratore per sterilizzazione (STERIL-2)

ALTRI SISTEMI BASATI SU ACCELERATORI DI ELETTRONI:

NUOVI PROGETTI BASATI SU ACCELERATORI DI PROTONI:

Progetto ISPAN Progetto IMPLART