Hadrony w radioterapii • Hadrons in radiotherapy

Hadrony w radioterapii
Paweł Olko, Instytut Fizyki Jądrowej PAN, Kraków
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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
https://www.youtube.com/watch?v=sadxYJsBrKU&feature=youtu.be
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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)
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
DNA w jądrze komórki – tu działa promieniowanie
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Prawd. komplikacji
Miejscowa wyleczalność / %
Zasada radioterapii
Cel radioterapii: uzyskanie największej miejscowej wyleczalności
(„wyleczenie guza”) przy najmniejszych komplikacjach
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Można składać wiązki promieniowania …..
Finansowanie budowy Centrum Cyklotronowego Bronowice
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Postęp w radioterapii zawsze związany był z uzyskaniem
lepszego rozkładu dawki
Promieniowanie gamma Co-60
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Jak hamowane są lekkie a jak ciężkie cząstki np. protony?
Ciężkie cząstki naładowane
Hadrony w radioterapii
Elektrony
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Protony wnikając do materii tracą najwięcej
energii pod koniec toru
Finansowanie budowy Centrum Cyklotronowego Bronowice
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Porównanie rozkładów dawek od protonów, jonów
węgla i fotonów
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Skąd się bierze pik Bragga?
120
100
Dose (%)
80
60
40
20
www.med.harvard.edu
0
0
5
10
15
20
25
Depth in PMMA (mm)
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
30
Jak bardzo trzeba rozpędzić proton w radioterapii?
Zasieg w wodzie/ cm
100
dowolny narząd
10
oko
1
0,1
100
1000
Energia/MeV
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Jak przyspieszyć protony?
Może w Wielkim Zderzacz Hadronów w CERN-ie???
Prof. A. Zalewska
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Przewodnicząca
Rady CERN-u
Szkoła Energetyki Jądrowej
Cyklotron … ale to bardzo sprytne
Niewielkie pole elektryczne,
zmieniane „rytmicznie” popycha
proton do dużych energii
Hadrony w radioterapii
Niewielkie rytmiczne pchnięcia
rozpędzają huśtawkę
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Cyklotrony – potężne narzędzie do badań i zastosowań
medycznych
Ernest Lawrance, 1932, Nagroda
Nobla za wynalezienie cyklotronu
Fizyka cząstek
elementarnych i
fizyka jądrowa
Radiobiologia
Hadrony w radioterapii
Radioterapia nowotworów
Badania kosmiczne
Radioizotopy medyczne
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Z prezentacji . Detlef Krischel; ICABU, DAEJEON, Nov 11, 2013
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Cyklotrony w IFJ PAN w Krakowie
- pierwszy cyklotron
zbudowany w Polsce, 48 cm
(1955 -1995)
- klasyczny cyklotron U-120 z
ZSRR (otwarcie 22.11.1958,
zamknięty 1995)
-cyklotron izochroniczny AIC144 zbudowany w IFJ , 1990
- 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).
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Jak uformować wiązkę do napromieniania?
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Rozproszyć, skupić, zmienić energię, dopasować do
kształtu guza…..
Rozproszona
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
..ale zamiast tego możemy skanować punkt po
punkcie, warstwa po warstwie
Skanująca
Rozproszona
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Techniki dostarczania wiązki protonowej
Wiązka rozproszona versus skanująca
Kolimator
Wiązka pasywna
z kolimatorem
Hadrony w radioterapii
Wiązka pasywna
z kolimatorem
i kompensatorem
2015 -10 -29
Wiązka skanująca
bez kolimatora
bez kompensatora
Szkoła Energetyki Jądrowej
J. Gajewski, 2D-TLD
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Ośrodki terapii protonowej z Ołówkową Wiązka Skanującą
(Pencil Beam Scanning, PBS)
2 gi MD Anderson
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Jak skierować wiązkę na pacjenta?
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Pole magnetyczne odchyla cząstki naładowane
… również w Kosmosie
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Jak skręcić protony?
Sztywność magnetyczna wiązki, B r
qvB 
m v2
r
Br
mv
q
Magnes zakrzywiający
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Stanowisko gantry – precyzyjne monstrum do
napromieniania
Testy fabryczne
gantry-1 dla IFJ PAN
Waga 120 T
Wiązka protonów
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Którędy lecą protony w IFJ PAN?
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Pacjent nie widzie maszynerii…
 Jedno z najnowocześniejszych gantry na świecie z „ostrą”
skanującą wiązką protonów
 Precyzja wiązki
0.5wmm
Hadrony
radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
IMPT w porównaniu z klasyczną IMRT
Rak odbytnicy
Wolff H.A. et al. Radiother Oncol 2012; 102: 30-37
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Court. Engelsmann,
Szkoła Energetyki
JądrowejPSI
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)
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Radioterapia protonowa oka
na cyklotronie AIC-144
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Cyklotrony w IFJ PAN
- pierwszy cyklotron
zbudowany w Polsce, 48 cm
(1955 -1995)
- klasyczny cyklotron U-120 z
ZSRR (otwarcie 22.11.1958,
zamknięty 1995)
-cyklotron izochroniczny AIC144 zbudowany w IFJ , 1990
- 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).
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Radioterapia protonowa oka - jak to działa?
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Radioterapia protonowa oka na cyklotronie AIC-144
Partnerzy
Partnerzy
Koordynator
Zakres
dr Jan Swakoń
-budowa i uruchomienie cyklotronu,
-budowa stanowiska do radioterapii
oka,
- przygotowanie kadr i prowadzenie
radioterapii (fizycy medyczni i
technicy)
Instytut Fizyki
Jądrowej PAN
Dr Tomasz Horwacik z
zespołem
Jacek Sulikowski z
zespołem
Szpital
Uniwersytecki w
Krakowie
Prof. Bożena
Romanowska- Dixon z
zespołem
prowadzenie radioterapii
protonowej oka od strony
okulistycznej
Centrum
Onkologii
oddział Kraków
Prof. Jerzy Jakubowicz
dr hab. B. SasKorczyńska
udział i nadzór nad
napromienianiem,
przygotowanie procedur
wzorcowych
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
1 maja 2004 roku Polska stała się członkiem Unii
Europejskiej
Nowy cyklotron zbudowano z Funduszy Strukturalnych UE
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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: 12.2013
grudzień 2010 Podpisanie umowy IFJ PAN z MNiSW
na realizację projektu POIG 2.01 .00-12-072 (79 mln zł)
Centrum Cyklotronowe Bronowice- stanowisko Gantry-1
termin realizacji: 06.2014
lipiec 2013 Rozszerzenie projektu o budowę Gantry-2
(65 mln zł)
termin realizacji 09.2015
Prof. M. Jeżabek podpisuje umowę z
IBA na dostawę cyklotronu
Finansowanie w 3 fazach -> 3 pozwolenia na
budowę!!!
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Kalendarium realizacji NCRH-CCB
3.03 2011
Tu było ściernisko…..
Paweł OLKO IFJ PAN
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Paweł OLKO IFJ PAN
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Przyjazd i instalacja cyklotronu …
11.05.2012
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Narodowe Centrum Radioterapii Hadronowej
Centrum Cyklotronowe Bronowice –
GOTOWE!!!!
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Cyklotron C-235
Ion Beam Applications S.A. (IBA), Louvain-la-Neuve, Belgia
-
oddany do użytku 28 listopada 2012
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)
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Nasze gantry-1 gotowe do użycia
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Nasze gantry-2 gotowe do użycia
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Trening na nowym stanowisko do radioterapii oka
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Działalność kliniczna NCRH-CCB od stycznia 2016
Wszystkie przypadki za wyjątkiem oczu i
dzieci
Oczy
Dzieci
Centrum Onkologii Krakow
Szpital Uniwersytecki
Uniwersytecki Szpital
Dziecięcy
5.5 km od IFJ PAN
7 km od IFJ PAN
30 km - autostrada
Radioterapia protonowa
IFJ PAN – NCRH CCB
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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)
zmniejszenie ryzyka
powikłań
poprawa tolerancji leczenia (np. ponowna radioterapia)
Kliniczne skutki:
poprawa wyników leczenia i
znakomita ochrona tkanek
zdrowych
czerniak gałki ocznej
Hadrony w radioterapii
nowotwory u dzieci
2015 -10 -29
uprzejmość prof. B. Sas-Korczyńskiej
Szkoła Energetyki Jądrowej
Co leczy się na świecie protonami?
 Terapia protonowa jest już stosowana od ponad 50
lat. Zostało jej poddanych ponad 120 000 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
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Lista wskazań zespołu ekspertów konsultanta krajowego ds. radioterapii onkolog.
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Projekt terapii hadronowej
Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego
 Lokalizacja: kampus
Ochota
 Cząstki: 12C + p
 Status: wniosek
przygotowany
 Koszty: ok 300 mln Euro
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Wykorzystanie protonów w CCB do badań
radiobiologicznych
Pokój laboratorium radiobiologicznego dla
przygotowania eksperymentów
W. Kwiatek, M. Waligórski
Napromieniania chomików z wszczepioną
melanomą oka
K. Urbańska, M.Elas, B.RomanowskaDixon, J.Swakoń 2014
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Testy elementów pracujących w kosmosie
Badanie odporności na
promieniowanie
kosmiczne (protony)
elementów
elektronicznych
pierwszego polskiego
satelity – Brite PL
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Hala eksperymentalna dla badań podstawowych i
stosowanych
Wiązka z C-235 wykorzystywana
do badań z
-
fizyki jądrowej
radiobiologii
prom. kosmicznego
odporności radiacyjnej detektorów
Hadrony w radioterapii
Jak przebiega eksperyment w
fizyce jądrowej?
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Weryfikacja zasięgu wiązki protonowej
metodą Pozytronowej Tomografii Emisyjnej PET
Wiązka protonowa produkuje wewnątrz organizmu izotopy b+ promieniotwórcze
15O których lokalizacje można obserwować pod PET
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
11C,13N
i
Szkoła Energetyki Jądrowej
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) 105
16 International Patent Applications
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Co dalej?
CCB znajduje się na
Polskiej Mapie Drogowej
Infrastruktury Badawczej
(PMDIB)
Planowana rozbudowa CCB:
- druga hala eksperymentalna
- Centrum Obliczeniowe
- PET, MRI
- laboratoria badawcze
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
Uroczyste otwarcie Narodowego Centrum Radioterapii
Hadronowej – Centrum Cyklotronowe Bronowice
15 października 2015!!!!
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej
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.
Hadrony w radioterapii
2015 -10 -29
Szkoła Energetyki Jądrowej