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