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PRINCIPI FISICI DELL’ADROTERAPIA (1)
M. Ciocca
Unità di Fisica Medica, Fondazione CNAO, PV
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Aspetti di fisica medica
L’adroterapia nel contesto della moderna radioterapia
Sistemi passivi e attivi di dose delivery
Ottimizzazione e robustezza dei piani di trattamento
Incertezze in adroterapia
Descrizione del Sistema di Dose Delivery CNAO (S. Giordanengo, INFN-TO)
Parte II: Dosimetria e QA dei fasci a scansione (S. Molinelli)
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La moderna radioterapia: dalle semplici tecniche
conformazionali 2-D…
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… a complesse strategie 3-D di conformazione della dose e verifica del set-up (IGRT)
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IMRT, MLC dinamici, DVH, TPS con inverse planning, …
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Helical Tomotherapy Unit
Robotic Cyberknife Unit
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Vero Unit con sistemi IGRT integrati (real-time OTS, dual kV imager, CBCT)
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ioni carbonio 115 MeV/u
ioni carbonio 400 MeV/u
Protoni 121 MeV/u
Coda frammentazione nucl.
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L’adroterapia: metodica ai primi passi?
• proposto uso protoni per RT già nel 1946 (Wilson, Harvard)
• 1° pz trattato con protoni nel 1954 (sinora > 100000 pz)
• oltre 1300 pz. trattati con ioni elio etc., Berkeley (1977-1992)
• numerosi trials clinici con neutroni veloci negli anni 70-80 (effetti tardivi inaccettabili)
• dal 1994, oltre 6500 pazienti trattati con ioni carbonio (NIRS Chiba, GSI)
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Modalità PASSIVA di beam delivery
1. Allargamento trasversale del fascio
2. Modulazione energia (SOBP)
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1° Diffusore
3000 mm
2° Diffusore + stopper
CollimatoreΦ = 35 mm
Modulatore
Range Shifter
Camere Monitor a trasmissione
Collimatore finale personalizzato
Isocentro
300 mm
Catana, LNS-INFN (L. Raffaele)
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Fasci a scansione
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3-D active scanning (pencil beam scanning): massima versatilità
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OTTIMIZZAZIONE E ROBUSTEZZA DEI PIANI DI TRATTAMENTO
IN ADROTERAPIA
• Strategia SFUD, single field uniform dose: ottimizzazione individuale dei fasci (dose omogenea nel PTV da ciascun fascio) • IMPT (intensity-modulated particle therapy, T. Lomax 1999, PSI): “...a number of individually inhomogeneous (in dose) fields are calculated in such a way that, when combined, these fields deliver a homogeneous and conformal dose to the PTV, while reducing dose to selected OARs.”
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Principali fonti di incertezza in adroterapia
range delle particelle set-up paziente e movimento d’organo calcolo della dose da parte del TPS dose delivery RBE
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PENCIL BEAM SCANNING: - >> sensibilità al movimento d’organo (respiro pz) - tecniche di mitigazione: rescanning, gating, DIBH, tracking on-line (PSI, HIT-DKFZ Heidelberg)
(Bert C. et al, GSI, PMB 2008)
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Requisito: ∼ invarianza della distribuzione di dose a variazioni nell’anatomia del paziente!!!
Come ottenere un piano robusto (oltre che col buon senso…)?
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Valutazione off-line
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Dosimetria in vivo