Accelerators and medicine Akceleratory i medycyna

Accelerators and medicine
Akceleratory i medycyna
Sławomir Wronka, 04.04.2008r
Akceleratory – zastosowania
Š
Badania naukowe
naukowe, CERN
Š
M d
Medycyna
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Medycyna
Š
Sterylizacja
y
j sprzętu
p ę
Š
Diagnostyka
Š
Terapia
ƒ
ƒ
ƒ
2008-04-04
Radioterapia „standardowa”
Radioterapia
p hadronowa
Wykorzystanie neutronów
dr Sławomir Wronka, IPJ
Wilhelm Conrad
Röntgen (1845-1923)
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Tomografia komputerowa - CT
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Medycyna nuklearna
Š
Pacjent skierowany na badanie otrzymuje dożylnie,
wziewnie lub doustnie połączenie:
ƒ
ƒ
Š
Š
Radioizotopu,
Nośnika - związku
ą
chemicznego,
g cząsteczki
ą
lub komórki
wykazującej gromadzenie w obrazowanym narządzie lub tkance.
Emitowane promieniowanie jest rejestrowane przez
odpowiednie detektory i przetwarzane na obrazy
obrazy.
Uzyskane w ten sposób obrazy określają kształt,
wielkość,
i lk ść położenie
ł ż i oraz makrostrukturę
k t kt
badanego
b d
narządu, ale poprzez jego funkcję.
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
SPECT scanner
85% wszystkich badań w medycynie
nuklearnej wykorzystuje 99Tc.
Rotating head
With detectors
0.14 MeV
gammas
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Positron Emission Tomography
(PET)
Š
Š
Pacjent otrzymuje emiter pozytonów
Obserwujemy efekt
anihilacji
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Positron Emission Tomography (PET)
Używane izotopy emitujące pozytony –
najczęściej
j ę
j FDG z 18F ((T1/2= 110 min))
Gamma ray detectors
G
d t t
(Ex. BGO crystals)
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Jak to działa ?
Š
Produkcja 18F wiązką protonów
Š
Fluoro--DeoxyFluoro
Deoxy-D-Glucose (FDG)
Glucose
FDG
Š
FDG wstrzykujemy
t k j
pacjentowi
j t i
Š
FDG jest transportowane do komórek
Š
Koncentracja
j jest
j proporcjonalna
p p j
do metabolizmu glukozy
g
y
Š
Nowotwór jako obiekt intensywnie przetwarzający glukozę objawia
się w postaci „hot spot”.
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Badania funkcjonalności
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
PET - CT
2008-04-04
Fort Walton Beach Medical Center
+
=
+
=
dr Sławomir Wronka, IPJ
www.biij.org
SPECT-CT
SPECT
CT
I inne kombinacje: SPECT-PET,
NMR-PET itd.
www.hermesmedical.com
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Ojej, to niebezpieczne!
typ badania
wzrost ryzyka [%]
prześwietlenie rentgenowskie klatki
piersiowej
0,0003
t
tomografia
fi komputerowa
k
t
całego
ł
ciała
i ł
0 05
0,05
scyntygrafia znakowaną
immunoglobuliną (poszukiwanie
ognisk zapalnych)
0,014
scyntygrafia
t
fi mózgu (SPECT)
0 041
0,041
roczna dawka promieniowana
naturalnego
0,013
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Diagnostyka medyczna
Š
Produkcja izotopów do PET
• Izotopy
k ótk ż i
krótkożyciowe
j
• Produkcja
w szpitalu
• „Kompaktowe
Kompaktowe”
cyklotrony,
wiązka
protonów
t ó ~15MeV
15M V
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
The BGO calorimeter of the L3 experiment at
LEP (CERN 1989-2000)
BGO crystals have been
developed for detectors
in particle physics
Š
Š
Š
11000 BGO crystals
Precise measurement of the energy deposited by the particles
Almost 4 π coverage
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Kompaktowe źródła
monochromatycznego
h
t
promieniowania
i i
i X
Monochromatic X-ray
Akcelerator elektronów ~kilkadziesiąt MeV
Energia X zmieniana poprzez zmianę długości fali lasera
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
100000
10000
μ [1/cm]
1000
100
10
1
1
10
100
1000
10000
0,1
E [keV]
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Promieniowanie synchrotronowe
Š
Medycyna
Med
Medycyna,
ycyna biologia,
ycyna,
biologia chemia
chemia,
fizyka, ochrona środowiska…
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Co oznacza „jasne”
„jasne ?
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Promieniowanie synchrotronowe
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Współczesne synchrotronowe źródła światła –
akceleratory optymalizowane pod kątem produkcji
promieniowania synchrotronowego
ESRF-- France
ESRF
APS - USA
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Przykładowe zastosowania
before estrogen loss after estrogen loss
Badania nad osteoporozą
Angiografia
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
LIGA – X
X-ray
ray litography
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Radioterapia: X, e-
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Rozkład dawki dla e- i X
10cm
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
10cm
20
20cm
Wiązki fotonowe
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Planowanie leczenia
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Współczesne wyposażenie
Š
Š
MLC kolimator
Leczenie prowadzone
obrazowaniem
Varian
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Portal Imaging
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Techniki zaawansowane
Š
2008-04-04
Pacjent w czasie
terapii oddycha !
dr Sławomir Wronka, IPJ
„Bramkowanie” oddechem
„Bramkowanie
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Ruchy oddechowe
Terapia standardowa
Terapia bramkowana
Terapia adaptacyjna
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Śledzenie ruchu pacjenta
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
IORT
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Robotic Arm (C
(Cyber
ber Knife)
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
The ideal depth-dose distribution?
Dosse
~200 MeV
Photons
Protons come
closest to the ideal
Protons
ideal
Depth
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Czym naświetlać pacjenta ?
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
X-rays vs protons
X rays
2008-04-04
Protons or Carbon ions
dr Sławomir Wronka, IPJ
Comparison of Treatment Plans
Glandula parotid cancer
Photons 2 fields
Photons 5 fields
Protons 3 fields
Universitätsklinik für Strahlentherapie und Strahlenbiologie, AKH, Wien
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Bramki obrotowe
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Terapia oka
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Modulator &
Range shifter
Terapia
p oka
Ligth
field
Laser
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Monitor
chambers
Scattering
system
Fixation Point
Patiens look the fixation light
during the treatment
PROTON BEAM
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Terapia jonami węgla
1998 - GSI pilot project
200 patients treated
with carbon ions
PET on-beam
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Terapia C12
Š
Nowy ośrodek Heidelbergu
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Aktywne skanowanie guza
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Terapia C12
Š
Przewidywana budowa 11 centrów w ciągu
najbliższych 5 lat (Austria, Szwecja, Niemcy,
Włochy, Francja, Szwajcaria)
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Terapia neutronami
Berkeley, 1938
Š
Rozkład dawki – p
podobny
y do
fotonów
Š
Produ
rodukcja
kcja
j w cy
cyk
yklotronie
lotronie (p + Be))
Š
Silne oddziaływanie biologiczne
– stosowane do „opornych”
„opornych
guzów
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Udział CERN
Š
Dwa projekty:
ƒ
ƒ
2008-04-04
PIMMS - Proton Ion Medical Machine Study;
LIBO (LInear BOoster) – akcelerator liniowy
podnoszący energię protonów z cyklotronu do ~200
MeV, do leczenia głęboko położonych nowotworów.
dr Sławomir Wronka, IPJ
Zapraszamy na film
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
BNCT = boron neutron capture therapy
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Š
Š
Š
Š
Metoda leczenia przerzutów do wątroby
Organ usuwamy z ciała pacjenta podając
uprzednio roztwór Boru
Naświetlamy neutronami
Wszczepiamy z powrotem
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Przyszłość
Š
Antyprotony ?
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Nowe techniki przyspieszana
Š
Š
Poszukiwanie dużych gradientów pola
przyspieszającego
Np:
p Laser wakefield acceleration
Gas
L’OASIS
LBL
Laser
> 150 GeV/m na odcinku
kilku mm
2008-04-04
dr Sławomir Wronka, IPJ
Plasma
channel
e- bunch
Gas jet nozzle
Dziękuję za uwagę