Hadrony w radioterapii Paweł Olko, Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Kraków

Transkrypt

1 Hadrony w radioterapii Paweł Olko, Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Kraków

2 Plan prezentacji 1. Terapia protonowa czyli jak to działa? 2. Terapia protonowa oka w Krakowie 3. Projekt Narodowego Centrum Radioterapii Hadronowej 4. Film o Narodowym Centrum Radioterapii Hadronowej

3 Promieniowanie może leczyć nowotwory Jako datę odkrycia radu, zgodnie z zeszytem laboratoryjnym Marii, przyjmuje się rok 1898 Rad okazał się promieniotwórczy, czyli wysyłał niewidzialne, przenikliwe promieniowanie W 1911 roku nagroda Nobla z chemii za odkrycie polonu Aplikatory z radem bywały skuteczne w leczeniu guzów nowotworowych (1909)

4 DNA w jądrze komórki tu działa promieniowanie

5 Miejscowa wyleczalność / % Prawd. komplikacji Zasada radioterapii Cel radioterapii: uzyskanie największej miejscowej wyleczalności ( wyleczenie guza ) przy najmniejszych komplikacjach

6 Jak napromienić coś w środku? Promieniowanie osłabia się przy wnikaniu do materii Osłabianie światła im głębiej tym ciemniej!!! Podobnie z promieniowaniem rentgenowskim Finansowanie budowy Centrum Cyklotronowego Bronowice

7 Można składać wiązki promieniowania.. Finansowanie budowy Centrum Cyklotronowego Bronowice

8 Postęp w radioterapii zawsze związany był z uzyskaniem lepszego rozkładu dawki Promieniowanie gamma Co-60

9 Jak hamowane są lekkie a jak ciężkie cząstki np. protony? Ciężkie cząstki naładowane Elektrony

10 Protony wnikając do materii tracą najwięcej energii pod koniec toru Finansowanie budowy Centrum Cyklotronowego Bronowice

11 Porównanie rozkładów dawek od protonów, jonów węgla i fotonów

12 Skąd się bierze pik Bragga? Dose (%) Depth in PMMA (mm)

13 Jak bardzo trzeba rozpędzić proton w radioterapii? Zasieg w wodzie/ cm dowolny narząd oko 0, Energia/MeV

14 Jak przyspieszyć protony? Może w Wielkim Zderzacz Hadronów w CERN-ie??? Prof. A. Zalewska Przewodnicząca Hadrony w radioterapii Rady CERN-u Szkoła Energetyki Jądrowej

15 Cyklotron ale to bardzo sprytne Niewielkie pole elektryczne, zmieniane rytmicznie popycha proton do dużych energii Niewielkie rytmiczne pchnięcia rozpędzają huśtawkę

16 Cyklotrony potężne narzędzie do badań i zastosowań medycznych Fizyka cząstek elementarnych i fizyka jądrowa Ernest Lawrance, 1932, Nagroda Nobla za wynalezienie cyklotronu Radioterapia nowotworów Radiobiologia Badania kosmiczne Radioizotopy medyczne

17 Z prezentacji. Detlef Krischel; ICABU, DAEJEON, Nov 11, 2013

18 Cyklotrony w IFJ PAN w Krakowie - pierwszy cyklotron zbudowany w Polsce, 48 cm ( ) - klasyczny cyklotron U-120 z ZSRR (otwarcie , zamknięty 1995) -cyklotron izochroniczny AIC- 144 zbudowany w IFJ, Proteus C-235 (od grudnia 2012) W AIC-144 energia protonów 60 MeV wystarcza do zastosowania ich do leczenia nowotworów oka (zasięg ok. 30 mm).

19 Jak uformować wiązkę do napromieniania?

20 Rozproszyć, skupić, zmienić energię, dopasować do kształtu guza.. Rozproszona

21 ..ale zamiast tego możemy skanować punkt po punkcie, warstwa po warstwie Rozproszona Skanująca

22

23 Techniki dostarczania wiązki protonowej Wiązka rozproszona versus skanująca Kolimator Wiązka pasywna z kolimatorem Wiązka pasywna z kolimatorem i kompensatorem Wiązka skanująca bez kolimatora bez kompensatora

24 J. Gajewski, 2D-TLD

25 Ośrodki terapii protonowej z Ołówkową Wiązka Skanującą (Pencil Beam Scanning, PBS) 2 gi MD Anderson

26 Jak skierować wiązkę na pacjenta?

27 Pole magnetyczne odchyla cząstki naładowane również w Kosmosie

28 Jak skręcić protony? Sztywność magnetyczna wiązki, B r qvb m v r 2 B r m v q Magnes zakrzywiający

29 Stanowisko gantry precyzyjne monstrum do napromieniania Testy fabryczne gantry-1 dla IFJ PAN Waga 120 T Wiązka protonów

30 Którędy lecą protony w IFJ PAN?

31 Pacjent nie widzie maszynerii Jedno z najnowocześniejszych gantry na świecie z ostrą skanującą wiązką protonów Precyzja wiązki 0.5 mm

32 IMPT w porównaniu z klasyczną IMRT Wolff H.A. et al. Radiother Oncol 2012; 102: Rak odbytnicy

33 Hadrony w radioterapii Szkoła Energetyki Court. Engelsmann, JądrowejPSI

34 Wiązka skanująca zmniejszenie niepożądanych dawek na odległe narządy Robert Kaderka, Ph.D Thesis, GSI, 2011 Dla protonowej wiązki skanującej dawki od promieniowania rozproszonego mniejsze o 2-3 rzędy wielkości (prace L. Stolarczyk, EURADOS)

35 Radioterapia protonowa oka na cyklotronie AIC-144

36 Cyklotrony w IFJ PAN - pierwszy cyklotron zbudowany w Polsce, 48 cm ( ) - klasyczny cyklotron U-120 z ZSRR (otwarcie , zamknięty 1995) -cyklotron izochroniczny AIC- 144 zbudowany w IFJ, Proteus C-235 (od grudnia 2012) W AIC-144 energia protonów 60 MeV wystarcza do zastosowania ich do leczenia nowotworów oka (zasięg ok. 30 mm).

37 Czerniak gałki ocznej Około 250 rocznie nowych przypadków czerniaka oka w Polsce Praktycznie wszystkie przypadki trafiają do Kliniki Okulistyki i Onkologii Okulistycznej CMUJ w Krakowie (prof. Bożena Romanowska Dixon) Obecnie stosuje się źródła brachyterapeutyczne Ru-106 i I-125, chirurgie i laseroterapię Po 5 latach 80-90% pacjentów brachyterepii traci użyteczne widzenie Do protonoterapii kwalifikuje się ponad 100 przypadków rocznie

38 Radioterapia protonowa oka - jak to działa?

39 Radioterapia protonowa oka na cyklotronie AIC-144 Pokój terapii J. Swakoń D. Adamczyk T. Cywicka-Jakiel J. Dąbrowska B. Dulny L. Grzanka T. Horwacik T. Kajdrowicz L. Malinowski B. Michalec T. Nowak M. Ptaszkiewicz U. Sowa L. Stolarczyk I inni

40 Radioterapia protonowa oka na cyklotronie AIC-144 Partnerzy Partnerzy Koordynator Zakres Instytut Fizyki Jądrowej PAN Szpital Uniwersytecki w Krakowie dr Jan Swakoń Dr Tomasz Horwacik z zespołem Jacek Sulikowski z zespołem Prof. Bożena Romanowska- Dixon z zespołem -budowa i uruchomienie cyklotronu, -budowa stanowiska do radioterapii oka, - przygotowanie kadr i prowadzenie radioterapii (fizycy medyczni i technicy) prowadzenie radioterapii protonowej oka od strony okulistycznej Centrum Onkologii oddział Kraków Prof. Jerzy Jakubowicz dr hab. B. Sas- Korczyńska udział i nadzór nad napromienianiem, przygotowanie procedur wzorcowych

41 Radioterapia protonowa oka na cyklotronie AIC-144 Pierwszy pacjent zakończył radioterapię 18 lutego 2011 r. Od kwietnia 2013 roku zabiegi są finansowane przez NFZ Do dnia dzisiejszego poddano terapii protonowej oka 110 pacjentów

42 1 maja 2004 roku Polska stała się członkiem Unii Europejskiej Nowy cyklotron zbudowano z Funduszy Strukturalnych UE

43 Projekt NCRH-CCB Finansowanie - Program Operacyjny Innowacyjna Gospodarka czerwiec 2009 Podpisanie umowy IFJ PAN z MNiSW na realizację projektu NCRH Centrum Cyklotronowe Bronowice (NCRH CCB) na kwotę 117 mln zł (budynek, cyklotron) termin realizacji: grudzień 2010 Podpisanie umowy IFJ PAN z MNiSW na realizację projektu POIG (79 mln zł) Centrum Cyklotronowe Bronowice- stanowisko Gantry-1 termin realizacji: lipiec 2013 Rozszerzenie projektu o budowę Gantry-2 (65 mln zł) termin realizacji Prof. M. Jeżabek podpisuje umowę z IBA na dostawę cyklotronu Finansowanie w 3 fazach -> 3 pozwolenia na budowę!!!

44 Kalendarium realizacji NCRH-CCB Tu było ściernisko.. Paweł OLKO IFJ PAN

45 Paweł OLKO IFJ PAN

46 Przyjazd i instalacja cyklotronu

47 Narodowe Centrum Radioterapii Hadronowej Centrum Cyklotronowe Bronowice GOTOWE!!!!

48 Cyklotron C-235 Ion Beam Applications S.A. (IBA), Louvain-la-Neuve, Belgia - oddany do użytku 28 listopada energia protonów od 70 MeV do 230 MeV - prąd wiązki 0.1 na do 500 na - obsługa i serwis całkowicie przez ekipę IFJ PAN (K. Guguła, DCP)

49 Nasze gantry-1 gotowe do użycia

50 Nasze gantry-2 gotowe do użycia

51 Nowe stanowisko do radioterapii oka - Umożliwia leczenie guzów na dowolnej głębokości brak ograniczeń zasięgu - Ulepszono pozycjonowanie pacjenta: fotel tzw. izocentryczny, automatyczne panele do zdjęć rtg, kabina rtg przy pacjencie

52 Trening na nowym stanowisko do radioterapii oka

53 Działalność kliniczna NCRH-CCB od stycznia 2016 Wszystkie przypadki za wyjątkiem oczu i dzieci Centrum Onkologii Krakow 5.5 km od IFJ PAN Oczy Szpital Uniwersytecki 7 km od IFJ PAN Dzieci Uniwersytecki Szpital Dziecięcy 30 km - autostrada Radioterapia protonowa IFJ PAN NCRH CCB

54 Co leczyć protonami? nowotwory o niskiej promieniowrażliwości zlokalizowane w sąsiedztwie albo w obrębie szczególnie wrażliwych narządów krytycznych (np. nowotwory: gałki ocznej, podstawy czaszki, okołordzeniowe ) bezpieczna eskalacja dawki oraz sytuacje kliniczne, gdy późne skutki są bardziej istotne niż w populacji (np. nowotwory wieku dziecięcego) poprawa tolerancji leczenia (np. ponowna radioterapia) zmniejszenie ryzyka powikłań Kliniczne skutki: poprawa wyników leczenia i znakomita ochrona tkanek zdrowych czerniak gałki ocznej nowotwory u dzieci uprzejmość prof. B. Sas-Korczyńskiej

55 Co leczy się na świecie protonami? Terapia protonowa jest już stosowana od ponad 50 lat. Zostało jej poddanych ponad pacjentów Złoty standard: nowotwory gałki ocznej, obszaru głowy i szyi, centralnego układu nerwowego oraz nowotwory u dzieci. Przełom technologiczny polegający na wprowadzeniu wiązki skanującej stymuluje liczne badania kliniczne w USA, Japonii i w Niemczech dla praktycznie wszystkich grup nowotworów leczonych obecnie konwencjonalną teleradioterapią. Precyzja podania dawki protonowej umożliwia: - podwyższenie dawki na miejsce leczone, - zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia powikłań - redukuje ryzyko wystąpienia po latach wtórnego nowotworu

56 Lista wskazań zespołu ekspertów konsultanta krajowego ds. radioterapii onkolog.

57 Kręta droga. Agencja Oceny Technologii Medycznych prowadzi proces wyceny procedury radioterapii protonowej Minister Zdrowia wprowadza ją do koszyka świadczeń gwarantowanych. Narodowy Fundusz Zdrowia ogłasza konkurs Mamy nadzieję, że pierwsi pacjenci będą mogli skorzystali z nowej technologii w styczniu 2016 roku

58 Projekt terapii hadronowej Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego Lokalizacja: kampus Ochota Cząstki: 12 C + p Status: wniosek przygotowany Koszty: ok 300 mln Euro

59 Wykorzystanie protonów w CCB do badań radiobiologicznych Napromieniania chomików z wszczepioną melanomą oka K. Urbańska, M.Elas, B.Romanowska- Dixon, J.Swakoń 2014 Pokój laboratorium radiobiologicznego dla przygotowania eksperymentów W. Kwiatek, M. Waligórski

60 Testy elementów pracujących w kosmosie Badanie odporności na promieniowanie kosmiczne (protony) elementów elektronicznych pierwszego polskiego satelity Brite PL

61 Hala eksperymentalna dla badań podstawowych i stosowanych Wiązka z C-235 wykorzystywana do badań z - fizyki jądrowej - radiobiologii - prom. kosmicznego - odporności radiacyjnej detektorów Jak przebiega eksperyment w fizyce jądrowej?

62 Weryfikacja zasięgu wiązki protonowej metodą Pozytronowej Tomografii Emisyjnej PET Wiązka protonowa produkuje wewnątrz organizmu izotopy b+ promieniotwórcze 11 C, 13 N i 15 O których lokalizacje można obserwować pod PET

63 Innowacyjny PET z Uniwersytetu Jagiellońskiego kryształy plastik P. Moskal et al., NIM A 764 (2014) 317. P. Moskal et al., NIM A 775 (2015) 54. L. Raczynski et al., NIM A 764 (2014) 18 L. Raczynski et al., NIMA 786 (2015) International Patent Applications

64 Co dalej? CCB znajduje się na Polskiej Mapie Drogowej Infrastruktury Badawczej (PMDIB) Planowana rozbudowa CCB: - druga hala eksperymentalna - Centrum Obliczeniowe - PET, MRI - laboratoria badawcze

65 Uroczyste otwarcie Narodowego Centrum Radioterapii Hadronowej Centrum Cyklotronowe Bronowice 15 października 2015!!!!

66 Podsumowanie Terapia protonowa stosowana jest już z sukcesem od 50 lat dla wielu przypadków skomplikowanych nowotworów Nowa technologia wiązki skanującej umożliwia rozszerzenie możliwości Szpital Uniwersytecki wraz z IFJ PAN prowadzą od 2011 roku radioterapie protonową nowotworów oka na cyklotronie AIC-144 w IFJ PAN. W Narodowym Centrum Radioterapii Hadronowej - Centrum Cyklotronowe Bronowice w IFJ PAN planowane jest rozpoczęcie napromienianie pacjentów od początków 2016 roku, pod warunkiem finansowania procedury

67 Podziękowania 1. Lekarzom, za poparcie i pomoc na wszystkich etapach starań o środki na finansowanie projektów. 2. Politykom wszystkich szczebli i opcji politycznych za pełne zrozumienia poparcie dla potrzeb nauki i medycyny. 3. Moim koleżankom i kolegom z IFJ PAN, którzy są de facto głównymi autorami sukcesu. 4. Panu profesorowi Markowi Jeżabkowi, dyrektorowi IFJ PAN, za ponad 10 lat ciężkiej pracy nad rozwojem tego projektu. Bez Jego udziału nie byłoby mowy o radioterapii protonowej w Polsce.