Akceleratory do terapii niekonwencjonalnych

Akceleratory do terapii niekonwencjonalnych

Akceleratory do terapii
niekonwencjonalnych
Sławomir Wronka
Szkoła Fizyki Akceleratorów Medycznych, Świerk 2007
Plan
• Niekonwencjonalne terapie wiązką e-/X
• Protony
• Ciężkie jony
• Neutrony
11/10/2007
Sławomir Wronka
2
Tomotherapy
11/10/2007
Sławomir Wronka
3
CyberKnife
11/10/2007
Sławomir Wronka
4
Igła fotonowa
11/10/2007
Sławomir Wronka
5
Akcelerator śródoperacyjny e
–
11/10/2007
Sławomir Wronka
6
Dose
The ideal depth-dose distribution?
Photons
Protons come
closest to the ideal
Protons
ideal
Depth
11/10/2007
Sławomir Wronka
7
Why clinical proton beam?
11/10/2007
Sławomir Wronka
8
Proton Energy Loss in H O
2
300
10
Energy
Deposit
in 1mm
[MeV/mm]
200
Proton
Energy
[MeV]
5
0
E = 250 MeV
E = 130 MeV
100
0
10
20
30
40
0
50
Water Depth [cm]
11/10/2007
Sławomir Wronka
9
Compare protons with
photons
Photons
11/10/2007
Protons
Sławomir Wronka
10
SOBP
11/10/2007
Sławomir Wronka
11
Why clinical proton beam?
• głębokość penetracji dobrze zdefiniowana i regulowana
• depozyt większości energii na końcu
• ruch po prostych liniach małe odchyłki
• dawka w normalnych komórkach zminimalizowana
• brak dawki za targetem
Dostarczenie dużej dawki do chorych komórek
oszczędzając zdrowe
11/10/2007
Sławomir Wronka
12
Comparison of Treatment Plans
Glandula parotid cancer
Photons 2 fields
Photons 5 fields
Protons 3 fields
Universitätsklinik für Strahlentherapie und Strahlenbiologie, AKH, Wien
11/10/2007
Sławomir Wronka
13
11/10/2007
Sławomir Wronka
14
11/10/2007
Sławomir Wronka
15
11/10/2007
Sławomir Wronka
16
Gantry (PSI Villigen)
11/10/2007
Sławomir Wronka
17
• Koszt – 2-3 x terapia standardowa
• Gdyby koszty byłyby takie same – 90%
terapii odbywałoby się za pomocą
protonów!
11/10/2007
Sławomir Wronka
18
Ruch cząstki w polu magnetycznym
11/10/2007
Sławomir Wronka
19
Ruch cząstki w polu magnetycznym
Wartość siły Lorenza:
Siła skierowana jest prostopadle do wektora prędkości
Siła Lorenza to siła dośrodkowa
11/10/2007
Sławomir Wronka
20
Ładunek w polu magnetycznym
Okres ruchu:
Częstość kołowa:
Częstość cyklotronowa
niezależna od prędkości
11/10/2007
Sławomir Wronka
21
Cyklotron
11/10/2007
Sławomir Wronka
22
Cyklotron
11/10/2007
Sławomir Wronka
23
Synchrotron
Jeśli zsynchronizowana zostanie częstość
obiegu cząstek w pierścieniu
akceleracyjnym z częstością zmiany pól:
elektrycznego i magnetycznego, to proces
akceleracji może odbywać się bez zmiany
promienia okręgu po którym krążą cząstki.
/Oliphant 1943/
11/10/2007
Sławomir Wronka
24
Synchrotron
Na obwodzie umieszczamy:
• Wnęki przyspieszające RF
• Magnesy
• Urządzenia dodatkowe
11/10/2007
Sławomir Wronka
25
Rapid Cycling Medical Synchrotron
the second generation
Tandem
Vertical
injector (AES)
fixed line
Gantry 1
(ACCEL)
Synchrotron
accelerator
11/10/2007
Research
Room lines
Eye
line
Sławomir Wronka
Horizontal
fixed line
26
Terapia oka
11/10/2007
Sławomir Wronka
27
Ligth
field
Laser
11/10/2007
Sławomir Wronka
Modulator &
Range shifter
Monitor
chambers
Scattering
system
28
11/10/2007
Sławomir Wronka
29
Fixation Point
Patiens look the fixation light
during the treatment
PROTON BEAM
11/10/2007
Sławomir Wronka
30
Dlaczego jony ?
Entrance dose
11/10/2007
Bragg Peak dose
Sławomir Wronka
32
11/10/2007
Sławomir Wronka
33
Rozpraszanie wiązki
11/10/2007
Sławomir Wronka
34
Definicje
Relative Biological
Effectiveness
11/10/2007
Sławomir Wronka
35
DEPTH DISTRIBUTIONS OF RBES
FOR LIGHT ION BEAMS
4
V79 cells
1 Gy
20
3
Ne
RBES
14
N
12
C
11
B
2
7
Li
4
He
1
1
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
H
0,0
Residual range (cm)
RBES- depth dependences of V79 cells over the last 1 cm of residual ion ranges, for
light ion beams of range 26 cm, delivering an entrance dose of 1 Gy. Aerobic V79
cells are represented by parameters fitted to the data of Furusawa et al. (2000)
11/10/2007
Sławomir Wronka
36
• Kontrola PET
11/10/2007
Sławomir Wronka
37
Heidelberg
11/10/2007
Sławomir Wronka
38
Pomieszczenia terapeutyczne
11/10/2007
Sławomir Wronka
39
Pomieszczenia terapeutyczne
11/10/2007
Sławomir Wronka
40
Neutrony
RBE
11/10/2007
Sławomir Wronka
42
11/10/2007
Sławomir Wronka
43
11/10/2007
Sławomir Wronka
44
11/10/2007
Sławomir Wronka
45
11/10/2007
Sławomir Wronka
46
• Terapia borowo-neutronowa
(Boron Neutron Capture Therapy, skrót
międzynarodowy:BNCT)
jest metodą leczenia niektórych typów
nowotworów, zwłaszcza mózgu.
W metodzie BNCT do organizmu wprowadza
się związki boru (10B), osadzane możliwie
selektywnie w tkance nowotworowej. Następnie
napromieniowuje się pacjenta wiązką
neutronów; w wyniku reakcji z jądrami10B
powstają cząstki alfa i jony 7Li. Cząstki te mają
znaczną energię i mały zasięg, niszczą więc
lokalne komórki nowotworowe. Sąsiadująca
zdrowa tkanka zawiera mniej boru i nie jest
poważnie zagrożona.
11/10/2007
Sławomir Wronka
47
11/10/2007
Sławomir Wronka
48
Podsumowanie
• Protony
• Jony
• Neutrony
11/10/2007
Sławomir Wronka
49
Antyprotony
Biological Effective
Dose Ratio
11/10/2007
Sławomir Wronka
50
Antyprotony
11/10/2007
Sławomir Wronka
51
Future
trends
Kompaktowy
akcelerator do
terapii protonowej
11/10/2007
Sławomir Wronka
52