Terapia ciężkojonowa w onkologii Zygmunt Szefliński Universytet Warszawski,
Terapia nowotworów - ciężkie jony Skuteczność promieniowania Terapia hadronowa Terapia ciężkojonowa i określenie dawki za pomocą PET Wiązka Cyklotronu do badań radiobiologicznych Przyszłość
Skuteczność promieniowania Skuteczność promieniowania 110 100 90 80 Jony węgla de dx = Odwrotny profil dawki 4 4 π e Z 2 m v 0 2 1 N Z 2 ln( v, ϕ ) i Dose [%] 70 60 50 Elektrony Fotony I = I 0 e µ x 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 300 Depth [mm]
Longitudinal Bragg-peak spreading Longitudinal Bragg-peak spreading 1.2 1 Dose [relative units] 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Depth [cm]
Reguły prawidłowej radioterapii Reguły prawidłowej radioterapii 100 80 Uszkodzenia nowotworu probability [%] 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 dose [Gy]
Reguły prawidłowej radioterapii Reguły prawidłowej radioterapii 100 80 Uszkodzenia nowotworu Powikłania probability [%] 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 dose [Gy]
Reguły prawidłowej radioterapii Reguły prawidłowej radioterapii 100 80 Uszkodzenia nowotworu Powikłania probability [%] 60 40 20 Uszkodzenia nowotworu bez powikłań 0 0 20 40 60 80 100 120 dose [Gy]
Zasady terapii ciężkojonowej Zasady terapii ciężkojonowej
Technika rastrowa skanowania nowotworu
Reakcje fragmentacji (W. Enghardt, FZR) Reakcje fragmentacji (W. Enghardt, FZR) The principle Ion induced β+ activity (dominated by projectile f.) Proton induced β+ activity (dominated by target fragm.)
Profil wiązki po fragmentacji Profil wiązki po fragmentacji 7 Physical dose [relative units] 6 5 4 3 2 1 Fragmentation tail 0 0 5 10 15 20 25 Depth [cm]
Pochodzenie sygnału PET 4500 4000 3500 Positron activity 12C Bragg curve Relative units 3000 2500 2000 1500 1000 500 11C (projectile fragments) 10C (projectile fragments) 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Penetration depth [mm]
Wiązka 12 C+PET @ GSI
Porównanie planów naświetlań: konwencjonalne vs terapia ciężkojonowa
Korelacja pomiędzy rozkładem dawki i aktywnością β+ ( GSI Darmstadt)
Some technical details of of the GSI in-beam PET installation (courtesy of of W. Enghardt, FZR)
Role of of PET in in the heavy-ion therapy (courtesy of of W. Enghardt, FZR)
HIMAC
Wiązka do terapii
Stanowisko terapeutyczne
Propozycje na przyszłość PET na wiązce
Zespół Wiązka Cyklotronu do badań radiobiologicznych Sławomir Chojnacki, AŚ w Kielcach, ŚLCJ Warszawa Janusz Braziewicz, Dariusz Banaś,Joanna Czub, Instytut Fizyki AŚ w Kielcach, Marian Jaskóła, Andrzej Korman IPJ Świerk, Ludwik Pieńkowski, ŚLCJ Warszawa, Zygmunt Szefliński, IFD UW i ŚLCJ, Andrzej Wójcik. Instytut Biologii Akademii Świętokrzyskiej w Kielcach Studenci: Jan Dyczewski (V rok) Tomek Adamus (V rok)
Cel projektu Poznanie fizycznych mechanizmów zmian genetycznych indukowanych w jądrze komórkowym w wyniku przejścia ciężkiego jonu przy różnicowaniu liniowego transferu energii (de/dx 1MeV/µm) Uzyskanie jednorodności dawki D 3%, w obszarze naświetlania 6 6 cm 2 i jej monitorowanie w eksperymentach biologicznych
Uwarunkowania- motywacja We wszystkich opublikowanych dotychczas badaniach nad osobniczą promienio-wrażliwością napromieniano limfocyty promieniowaniem o niskim LET. Zdumiewa brak danych na temat promieniowania o wysokim LET. Nie wiadomo, czy limfocyty różnych dawców reagują z różną wrażliwością na promieniowania o wysokim LET. Nie wiadomo też, czy istnieje korelacja między wrażliwością limfocytów na promieniowanie o niskim i wysokim LET. Ze względu na wzrastające narażenie ludzi na ciężkie jony wydaje się, że badania nad oceną osobniczej wrażliwości na promieniowanie o wysokim LET są jak najbardziej uzasadnione.
de/dx dla jonów węgla 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 de/dx [MeV cm2/mg] 2,0 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 Energia 12C [MeV/ u] 4,00 2,00 0,00 0,0
Krämer, Kraft, Radiat. Environ. Biophys., (1994) Cucinotta, Nikjoo, Goodhead, Radiat. Environ. Biophys., (1999) Scholz, Kraft, Radiat. Protec. Dosim., (1994) Holley, Chatterjee, Radiat. Res., (1998)
Uszkodzenia radiacyjne
Beam line @ Warsaw Cyclotron (used in June experiment) 0 20 0 15
Nowa geometria Jonowód A
X-Y skaner (płytka montażowa) Oś z
Naświetlanie kliszy rtg
Symulacja rozkładu wiazki 700 600 500 scattered particles 400 300 200 10 7 particles Au 40 mg/cm 2 window 13*13 mm 100 188 0 190 192 194 X Axis 196 198 200 188 190 192 200 198 196 194 Y Axis
Uzyskany rozkład wiązki Tarcza 50mg/cm 2 Przesunięcie co 1 mm Kolimator Φ=2mm Skan - detektor krzemowy
Przykład aberacji chromosomowych
Przyszłość terapii Chiba (Japonia) Darmstadt (Niemcy) Znaczące rezultaty w terapii klinicznej German Cancer Centre i Heidelberg Francuski ETOILE (European Ligt Ion Oncological Treatment Centre) projektw Lyonie Projekty Mediolanie Sztkholmie i Wiedniu