TOP-Linac: un acceleratore per un Centro di Protonterapia del Centro Italia
Collaborazione tra ISS, ENEA ed IFO-IRE
Dalle curve già ci si può rendere conto che, al contrario delle
radiazioni convenzionali, irraggiando anche da una sola direzione
si può rilasciare più dose al volume bersaglio interno, sede della
formazione tumorale, che non ai tessuti sani posti tra la sede di
entrata del fascio ed il volume da trattare. La intuizione è
confermata da calcoli di dose effettuati con appositi programmi
di simulazione (vedi figura sotto).
Uno dei principali vantaggi dei protoni rispetto a
raggi x ed elettroni è che solo per i primi si può
modificare sostanzialmente il punto in cui è ceduta
la gran parte della la loro energia, scegliendo
opportunamente l’energia del fascio di protoni che
definisce la profondità della fine del percorso (vedi
figura a lato).
Irradiando con differenti energie si può creare
anche un plateau di dose chiamato SOBP (Spread
Out Bragg Peak) per trattare volumi tumorali di
diverso spessore e a diverse profondità
Target Region
Trento
CNAO
Centri Italiani
di Adroterapia
Mestre
Esistenti
Finanziati
Progetto
Proton and Carbon Radiotherapy Centers
Europe = 11 + 1 carbon
China = 1
North America = 7
Japan = 5 + 2 carbon
TOP
Patients treated (end 2006):
Protons
Carbon & other ions
49440
5800
All particles
55240
PSI (72 MeV p), Switzerland
PSI (200 MeV p), Switzerland
Uppsala (p), Sweden
Clatterbridge (p), UK
Nice (p), France
Orsay (p), France
H. M. I, Berlin (p), Germany
ITEP – Mosca (p), Russia
Dubna (p), Russia
St. Petersburg (p), Russia
INFN-LNS (p) Catania , Italy
G.S.I. Darmstadt (C), Germany
Catania
Dopo anni di sperimentazione e trattamento presso alcuni Centri di Ricerca di Fisica
Nucleare, in cui si usavano per tempo limitato gli acceleratori utilizzati per la ricerca di
base, dal 1990 (Loma Linda, California – primo centro ospedaliero) si sono cominciati a
costruire dei Centri indipendenti presso strutture ospedaliere per avere a disposizione i
fasci terapeutici a tempo pieno.
I Centri (alcuni ancora presso strutture non ospedaliere, ma sempre più in strutture
indipendenti di tipo ospedaliero) attualmente in funzione in cui si effettua trattamento
radioterapeutico con adroni (protoni o ioni più pesanti) sono 28 (vedi mappa). Uno di essi
è in Italia (presso il Laboratorio Nazionale del Sud dell’INFN – Catania), ma l’energia del
fascio permette solo il trattamento di tumori poco profondi (melanoma oculare).
Altri Centri già finanziati e nella fase di costruzione o di avanzata progettazione saranno
operanti in anni molto prossimi:
.
5 in Germania (nuovi), 1 in Svizzera (ampliamento), 1 in Austria (nuovo), 1 in Francia
(ampliamento), 3 in Italia (nuovi), 1 in Corea (nuovo), 2 negli USA (nuovi) ed 1 in Sud
Africa (ampliamento).
La situazione italiana è illustrata in figura.
Documenti di Associazioni mediche hanno esaminato il possibile bacino di utenza per la
cura di patologie che trarrebbero vantaggio dalla nuova tecnologia.
Nel quadro del Programma Adroterapia sono stati individuate le patologie che trarrebbero
beneficio dall’irraggiamento con protoni, classificandole in due categorie.
La categoria A comprende le indicazioni elettive, e include le lesioni vicine a organi molto
critici. In questa categoria rientrano per esempio il melanoma uveale, i tumori paraspinali,
gli adenomi dell’ipofisi e il meningioma parasellare.
La categoria B comprende le patologie che possono trarre un vantaggio dalla
protonterapia, e include tumori per i quali il miglioramento del controllo locale influisce
sulla storia naturale del tumore, migliorando la sopravvivenza. A questa categoria
appartengono, tra l’altro, tumori della prostata, della vescica, dei polmoni, del retto, della
testa e collo, del pancreas.
Un centro TOP LINAC, con una sala per l’occhio, una sala con fascio fisso e una sala a
testata rotante, potrebbe trattare circa 500 pazienti per anno.
(ptcogweb.psi)
I potenziali pazienti italiani per anno sono stati stimati in : 830 per la categoria A;15023 per la categoria B
per un totale di 15853 per anno.
TOP- Linac : un acceleratore innovativo per la Radioterapia con protoni
L’ISS, utilizzando i fondi 1% per la ricerca, ha lanciato nel 1995 il progetto per costruire un
acceleratore innovativo, in collaborazione con l’ENEA (tecnologia degli acceleratori) e l’IFO-IRE
(richieste cliniche), nel campo della radioterapia con protoni.
Il TOP-Linac presenta i seguenti vantaggi rispetto ad altri acceleratori proposti dal mercato: a) è
l’unico acceleratore che permette di trattare il volume tumorale modulando in modo attivo e non
passivo (evitando quindi una degradazione della qualità del fascio) l’irraggiamento nelle
coordinate XYZ del punto bersaglio; b) permette di modulare l’intensità del fascio nel punto di
rilascio della dose permettendo una minore durata delle sedute di trattamento ed una migliore
uniformità di dose con la tecnica del “repainting”; c) presenta una modularità nella costruzione: è
composto da sottosistemi in sequenza finalizzati ad output sanitari e la costruzione può avvenire
secondo il flusso dei finanziamenti ma si raggiunge già dalle prime fasi un’operatività che
permette il rimborso dal SSN o da Piani Sanitari Assicurativi, senza attendere il completamento
dell’intero progetto all’energia massima; d) usa la tecnologia RF a 3 GHz (quella generalmente
utilizzata per i fasci di protoni ha una frequenza circa 10 volte minore) già ampiamente utilizzata
negli acceleratori medicali per elettroni e dall’industria radar con relativo abbattimento dei costi;
e) l’uso della tecnologia ad alta frequenza riduce le dimensioni trasverse dell’acceleratore con
diminuzione dei costi di costruzione dello stesso, del bunker e dell’edificio; f) la qualità ottica del
fascio è migliore rispetto ai fasci degli acceleratori circolari permettendo linee di trasporto del
fascio più semplici e meno costose; g) èprogetto italiano e può essere sviluppato da industria
italiana con la speranza che possa servire alla creazione di un’industria elettro-medicale italiana.
Il progetto del TOP-Linac può essere specializzato (produzione di radioisotopi congiunta alla
radioterapia, numero di stazioni di terapia e loro energia massima, numero di fasci per ogni
stazione e caratteristica di incidenza dei fadci sul paziente, stazioni sperimentali per ricerca di
base in radiobiologia) in modo diverso a secondo degli interessi dell’ospedale in cui
l’acceleratore è installato.
Il progetto adattato all’IFO-IRE (Top-Linac IFO-237 – layout accanto) prevede: 1) due stazioni per
la radioterapia : a) energia fissa 140 MeV (massima profondità 10 cm) con eventuale degradazione
passiva per profondità minori per tumori testa-collo ed occhio; trattamento su postazione seduta
con sedia speciale, fascio orizzontale; b) energia variabile 140-237 MeV (massima profondità 30
cm) per tumori profondi con modulazione attiva sulle 3 coordinate; trattamento in posizione
supina su lettino speciale; 2 fasci : orizzontale e verticale; 2 stazioni per ricerca sperimentale: a) 3
– 7 MeV per radiobiologia cellulare; b) 140 MeV per radiobiologia su animali.
Prospettive
Acquisti, progettazione, costruzione, test
Soluzioni tecniche dei problemi
trovate e sperimentate.
Accoppiamento linea RF
Targhetta produzione 18F
E’ necessaria decisione politica
per un progetto che richiede
risorse impegnative, anche se
inferiori a quelle richieste da
impianto commerciale.
18F
Iniettore
Linea di trasporto fascio
Progetto e costruzione cavità accelerante
Monitor di fascio: prototipo
dell’elettronica e del rivelatore
I Presidenti dei 3
Enti coinvolti (ISSENEA-IFO/IRE)
stanno operando
per avere il greenlight
politico/finanziario
necessario.