OMOGENEITA’ IN UN FASCIO DI PROTONI TERAPEUTICOSTUDIO E REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DI DIFFUSIONE
PER IL FASCIO DI PROTONI DA 62 AMeV DELLA FACILITY CATANA
Cirrone G.A.P.† ° , Cuttone G.†, Lo Nigro S.°, Raffaele L. †, Sabini M.G. °†, Romeo N. †, Salamone V. † °
† INFN-Laboratori Nazionali del Sud, Via S. Sofia, 44, 95123 Catania (Italia)° Dipartimento di Fisica ed Astronomia Università di Catania, Corso Italia 57,
95100 Catania (Italia)
PROGETTO CATANA
Trattamento dei tumori oculari con fasci di protoni da 62 AMeV
dal Ciclotrone Superconduttore dei Laboratori Nazionali del Sud di Catania
Laboratori Nazionali del Sud - INFN
Dipartimento di Fisica Università di Catania
Istituto di Radiologia Università di Catania
Istituto di Oftalmologia Università di Catania
II Congresso nazionale AIFM, Brescia 12 - 16 Giugno 2001
Irraggiamento uniforme della zona tumorale con massimo risparmio dei tessuti sani e delle strutture critiche circostanti
Proprietà favorevoli dei fasci di protoni rispetto alle radiazioni convenzionali:
Alta localizzazione della dose
Minimi valori della penombra laterale
Minimi valori del distal fall-off
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Trasporto e formazione di un fascio terapeutico di protoni
Ottimizzazione delle proprieta’ dosimetriche del fascio in funzione degli elementi della linea con tecniche Montecarlo
Valutazione dei risultati sperimentali, relativamente ai profili trasversali di dose, in termini di omogeneità, penombra, simmetria
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TRASPORTO E FORMAZIONE DI UN FASCIO TERAPEUTICO
Requisiti fondamentali nello sviluppo di una linea di protonterapia:
OMOGENEITA’
In termini di distribuzione laterale della dose che deve essere tale da permettere l’irraggiamento uniforme e selettivo del volume da trattare
L’obiettivo è ottenere un campo capace di irraggiare l’intera zona tumorale con
una dose uniforme entro il 2.5% e valori di penombra compresi tra 1mm e 1.5 mm
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ENERGIA
Sufficiente a raggiungere la profondità del tumore (~ 30 mm di “eye tissue”)
N.ro pazienti
TRASPORTO E FORMAZIONE DI UN FASCIO TERAPEUTICO
Elementi principali di una facility di protonterapia:
Elementi magnetici che indirizzano e focalizzano il fascio dall’acceleratore alla sala di trattamento: 80 metri nel nostro caso(Linea di Fascio)
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Laboratori Nazionali del Sud di Catania
TRASPORTO E FORMAZIONE DI UN FASCIO TERAPEUTICO
Elementi posti in aria nel tratto finale della linea di fascio che ne determinano le caratteristiche terapeutiche e ne assicurano il monitoraggio(Linea di Trattamento)
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1° Diffusore
3000 mm
2° Diffusore + stopper
Collimatore, = 35 mm
ModulatoreRange shifter Camere Monitor + camera 4 settori
Collimatore finale Isocentro
300 mm
85 mm
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Asse del fascio
Sedia per il posizionamento del paziente
SISTEMI DI DIFFUSIONE
Il fascio di protoni giunge all’interno della sala di trattamento con un diametro relativamente piccolo:
Deve essere allargato lateralmente, nella direzione perpendicolare al suo asse centrale
Metodi di diffusione:
Passivi
Attivi
Singolo diffusore
Doppio diffusore
Doppio diffusore con stopper centrale
Doppio diffusore con annulus
Diffusori a doppio materiale
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SISTEMI DI DIFFUSIONE: FORMULA MOLIERE PER UN DIFFUSORE DI TIPO PASSIVO
Tutti i sistemi passivi sono basati sui processi di diffusione multipla coulombiana che le particelle cariche subiscono quando incidono su un materiale: esse si distribuiscono gaussianamente con deviazione standard 0
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Formula di Molìere (Z. Naturforsch. A 10 1955)
dde
N
Nd sin2/20
220
2
2
1
Fascio incidente
][log9
11
1.140 radians
L
L
L
L
p
Z
RR
inc
Parametrizzazione di Higland (NIM 129 1979)
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PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI DIFFUSIONE CON METODI MONTE CARLO
CONFIGURAZIONI STUDIATE
SINGOLO DIFFUSORE300 m Tantalio
DOPPIO DIFFUSORE80 m + 20 m Tantalio
DOPPIO DIFFUSORE CON STOPPER CENTRALE
15 m + 25 m + stopper di rame
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1° Diffusore 2° Diffusore
RISULTATO SIMULAZIONI
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CONFRONTO SIMULAZIONE RISULTATI SPERIMENTALI
Profilo sperimentale di un fascio di protoni da 62 AMeV non modulato ottenuto con un rivelatore al silicio per protoni ad alta risoluzione posto in aria e all’isocentro
0
20
40
60
80
100
120
140
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Distanza dall'asse [mm]
Do
se n
orm
aliz
zata
[%]
Simulazione Montecarlo
Risultato sperimentale(Diodo al silicio)
Diodi al silicio
Film Radiografici
Film Radiocromici
TLD
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0
20
40
60
80
100
120
140
-20 -10 0 10 20 30
Distanza dall'asse [mm]
Do
se n
orm
aliz
zata
[%]
Fascio non modulato all’isocentro
COLLIMATORE: Φ = 25 mm RIVELATORE: diodo al silicio
VALUTAZIONE DELL’OMOGENEITA’ NELLE CONDIZIONI TERAPEUTICHE
Per una valutazione dosimetrica della omogeneità va considerato che ogni elemento della linea con cui il fascio interagisce può modificare la distribuzione dei profili trasversali di dose
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Per una valutazione dosimetrica della omogeneità va considerato che ogni elemento della linea con cui il fascio interagisce può modificare la distribuzione dei profili trasversali di dose
VALUTAZIONE DELL’OMOGENEITA’ NELLE CONDIZIONI TERAPEUTICHE
0
20
40
60
80
100
120
140
-20 -10 0 10 20 30
Distanza dall'asse [mm]
Do
se n
orm
aliz
zata
[%]
Fascio non modulato all’isocentro
Fascio modulato all’isocentro
COLLIMATORE: Φ = 25 mm RIVELATORE: diodo al silicio
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Per una valutazione dosimetrica della omogeneità va considerato che ogni elemento della linea con cui il fascio interagisce può modificare la distribuzione dei profili trasversali di dose
VALUTAZIONE DELL’OMOGENEITA’ NELLE CONDIZIONI TERAPEUTICHE
0
20
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80
100
120
140
-20 -10 0 10 20 30
Distanza dall'asse [mm]
Do
se n
orm
aliz
zata
[%]
Fascio non modulato all’isocentro
Fascio modulato all’isocentro
Fascio modulato al centro del SOBP
COLLIMATORE: Φ = 25 mm RIVELATORE: diodo al silicio
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CONCLUSIONI
FASCIO NON MODULATO “FULL ENERGY”, 62 AMeV, = 25mm
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
FASCIO MODULATO AL CENTRO DELLO SOBP, = 25mm
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25 30 35 40