,,Współczesne narzędzia diagnostyki i terapii medycznej. Zygmunt Szefliński Wydział Fizyki UW Letnia Szkoła Fizyki czerwiec 2011

Transkrypt

1 ,,Współczesne narzędzia diagnostyki i terapii medycznej Zygmunt Szefliński Wydział Fizyki UW Letnia Szkoła Fizyki czerwiec 2011

2

3 Pierwiastki promieniotwórcze

4 Promienie X Zakres: Promieniowanie o energii E>400eV ( <3nm). Wyróżnia się dwa zakresy energetyczne: - 400eV<E<10keV tzw. miękkie promieniowanie X. - E>10keV tzw. twarde promieniowanie X.

5 Promieniowanie X promieniowanie hamowania (Bremsstahlung). Promieniowanie Rentgenowskie emitowane jest z anody we wszystkich kierunkach, Maksymalna emisja osiągana jest pod kątem 5 o względem powierzchni anody. W celu redukcji promieniowania w niepożądanych kierunkach, lampę umieszcza się w ołowianej obudowie.

6 RADIOGRAFIA PLANARNA RTG

7 Zasada działania skanera CT

8 Co otrzymujemy ze skanu??

9 reconstruction 1 angle

10 reconstruction 2 angles

11 reconstruction 4 angles

12 reconstruction 8 angles

13 reconstruction 16 angles

14 reconstruction 60 angles

15 reconstruction 180 angles

16

17 1935- Jean Frederic & Irene Joliot Curie. Nagroda Nobla z Chemii Za odkrycie nowych izotopów wytworzonych sztucznie. They bombarded boron, aluminum, and magnesium with alpha particles; and they obtained radioactive isotopes of elements not ordinarily radioactive, namely, nitrogen, phosphorus, and aluminum.

18 Obrazowanie w medycynie nuklearnej Znacznik- izotop radioaktywny, często 99m Tc Ligand- nośnik (wektor) Radiofarmaceutyk Znacznik + ligand Gamma Kamera

19 Rozpad + Z Z - 1 Pozytonium

20 detektory Linia odpowiedzi LOR detektory

21 Jak powstaje obraz PET

22 Procedura badania PET Produkcja izotopu fizyka Produkcja radiofarmaceutyku - znakowanie Podanie radiofarmaceutyku chemia medycyna Skaner analiza diagnoza matematycy fizycy - lekarz

23 ( 18 F) (C 6 O 5 FH 11 )

24

25 18 FDG- PET ocenia zaawansowanie choroby nowotworowej Wznowa czerniaka: po wykonaniu PET odstąpiono od planowanej resekcji guza kończyny dolnej

26 PET +CT CT PET Razem Nieprawidłowa struktura?

27 Stymulacja mózgu spoczynek muzyka obrazy Muzyka aktywuje prawą półkulę. Bodźce wzrokowe złożone z plam i kolorów aktywują korę ośrodka wzrokowego. UCLA School of Medicine

28 Stymulacja mózgu spoczynek myślenie zapamiętywanie Kora płatu czołowego odpowiada za myślenie. Hipokamp (kora mózgowa kresomózgowia) aktywuje się przy uczeniu i zapamiętywaniu. M. E. Phelps UCLA School of Medicine

29 Biegacz

30 WARSZAWSKI OŚRODEK PET Wrzesieo grudzieo dyskusja o przyszłości Laboratorium (pięd lat po wyprowadzeniu wiązki cyklotronu) uruchomienie produkcji radiofarmaceutyków

31 Cyklotron firmy GE PETrace 16,4 / 8,5 MeV Produkcja radiofarmaceutyków prąd jonowy protonów na tarczy 75 μa prąd jonowy deuteronów 60 μa długośd 1,25 m szerokośd 1,2 m wysokośd 1,91 m całkowite zużycie energii w czasie pracy < 70 kw

32 Terapia nowotworów - ciężkie jony (hadrony)

33 Konwencjonalna radioterapia Terapia nowotworów przy pomocy akceleratorów elektronowych (kwanty ) ok pacjentów /rok w Polsce Tylko terapii

34 Komplikacje przy terapii Photons Protons kierunek emisji Poziom dawki Obszar nowotworu

35 Rozkłady dawek dla wybranych wiązek

36 protony 200 MeV Hamowanie hadronów w materii 28 cm Obszar nowotworu jony węgla 4800 MeV 400 MeV/u Przesuwanie wiązki ze zmianą energii

37 Pożytek z naświetlao hadronami kwanty Photons protony lub jony C Protons

38 Definicja RBE (Relative Biological Effectiveness) RBE D D Ion Isoeffect The RBE is dependent on dose, LET, cell type..

39

40 Histstoria europejskiego sukcesu: pilotowy project GSI z jonami węgla G. Kraft Terapia 380 pacjentów jonami węgla J. Debus (Heidelberg Univ.) skanowanie PET on-line

41 Technika rastrowa skanowania nowotworu

42 Dzięki uprzejmości G. Krafta (GSI) Obraz Alberta Einsteina uzyskany w GSI przy zastosowaniu rastrowego systemu skanowania na wiązce węgla o energii 430 MeV/u i rozmyciu 1,7 mm i (FWHM). Obraz składa się z 105x120 pikseli wypełnionych przez cząstek uzyskanych w 80 uderzeniach (5 sec. każde) w akceleratorze SIS. Oryginalny rozmiar obrazka: 15x18 cm.

43 Nowotwór kości czaszki Przed C12-RT 6 tygodni po C12-RT G.Kraft -GSI

44 Porównanie jony węgla vs. protony C-12 (GSI) Protony Efekt wiązki skanujacej i rozpraszania poprzecznego

45 Japonia: 4 ośrodki terapii protonowej i 2 ośrodki terapii jonami węgla WAKASA BAY PROJECT by Wakasa-Bay Energy Research Center Fukui (2002) protons ( 200 MeV) synchrotron (Hitachi) 1 h beam + 1 v beam + 1 gantry HYOGO MED CENTRE Hyogo (2001) protons ( 230 MeV) - He and C ions ( 320 MeV/u) Mitsubishi synchrotron 2 p gantries + 2 fixed p beam + 2 ion rooms carbon TSUKUBA CENTRE Ibaraki (2001) protons ( 270 MeV) synchrotron (Hitachi) 2 gantries 2 beam for research KASHIWA CENTER Chiba (1998) protons ( 235 MeV) cyclotron (IBA SHI) 2 Gantries + 1 hor. beam proton 29 m HEAVY ION MEDICAL ACCELERATOR HIMAC of NIRS (1995) He and C ( 430 MeV/u) 2 synchrotrons 2 h beams + 2 v beams linac 2000 patients with carbon ions SHIZUOKA FACILITY Shizuoka (2002) Proton synchrotron 2 gantries + 1 h beam 5000 patients with carbon ions

46 HIMAC

47 Location in Heidelberg Th. Haberer + U. Weinrich

48 Akcelerator w Heidelbergu Ion- Source s Synchrotro n High Energy Beam Transport Line Quality Assurance LINAC Gantry Treatment Places Quelle: Stern

49 Pierwszy pacjent- listopad 2009

50 Pokój terapeutyczny (HIT)

51 Synchrotron w Pawii GSI Linac Sources SYNCHROTRON PIMMS/CNAO HE lines Treatment rooms

52 Narodowe Centrum Radioterapii Hadronowej, Konsorcjum NCRH Partnerzy: - Instytut Fizyki Jądrowej, Kraków - koordynator - Centra Onkologii: Warszawa, Kraków, Kielce, - Akademia Medyczna, Warszawa - Universytet Warszawski, Warszawa - Instytut Problemów Jądrowych, Warszawa - Universytet Śląski, Katowice Cele konsorcjum NCRH : -Zbudować infastrukturę dla teerapii hadronowej w latach

53 Potencjalna liczba pacjentów Z badań w Austrii, Francji, Niemczech i Włoszech (program ramowy ENLIGHT) Terapia kwantami każde 10 milionów mieszkańców: 20'000 pacj./rok Terapia protonowa 12% pacjentów 2'400 pacj./rok Therapia z jonami węgla 3% pacjentów 600 pacj./rok Razem na kazde 10 M około 3'000 pacj./rok

54 Przyszłośd terapii Chiba (Japonia) Darmstadt (Niemcy) Znaczące rezultaty w terapii klinicznej Heidelberg i Pawia (gotowe w 2009) Francuski ETOILE (European Ligt Ion Oncological Treatment Centre) projekt w Lyonie Projekty Mediolanie Sztokholmie i Wiedniu

55 Specjalność Fizyka Medyczna na kierunku Zastosowania Fizyki w Biologii i Medycynie

56 Czym jest Fizyka medyczna dział fizyki wykorzystujący metody fizyczne w zastosowaniach medycznych (diagnostyka, terapia, rehabilitacja) Radiodiagnostyka- nieinwazyjne metody obrazowania mające na celu wykrycie ognisk chorobowych Radioterapia - metoda leczenia nowotworów wykorzystująca promieniowanie jonizujące Oprócz wyżej wymienionych działów osoby zajmujące się fizyką medyczną odpowiadają m.in. za kontrolę jakości, czy dozymetrię

57 Centrum onkologii Ursynów