Acceleratori medicali e strutture a radiofrequenza

1. Acceleratori medicali e strutture a radiofrequenza Concetta Ronsivalle, UTAPRAD-SOR,ENEA Frascati Aurelio Minoliti, NRT S.p.A, Aprilia "I laboratori incontrano le imprese", ENEA-Frascati 25 maggio 2010

2. Sommario • Competenze ENEA nel campo degli acceleratori per applicazioni medicali • Esempio di trasferimento del know-how all’industria nazionale: acceleratori lineari di elettroni per RadioTerapia IntraOperatoria • Acceleratori di protoni per applicazioni in radiobiologia e radioterapia. Collaborazioni con l’industria. • Interesse per l’industria: situazione attuale e prospettive di mercato (NRT)

3. Competenze ENEA nel campo degli acceleratori per applicazioni medicali • Anni ’80-’90: azione di trasferimento del know-how all’industria nazionale nel campo della costruzione di acceleratori lineari di elettroni. • Tale competenza trasferita alla Società HITESYS di Aprilia consentì la realizzazione del sistema per Radioterapia Intraoperatoria NOVAC7 • Competenze teoriche e progettuali: - Modellistica degli acceleratori per elettroni e protoni, dalla sorgente al beam delivery - Progettazione e analisi delle problematiche degli impianti di acceleratori per uso medicale • Competenze sperimentali e realizzative: - Impianti di radiofrequenza di alta potenza - Sintonia di strutture acceleranti e misure RF -Impianti da ultra alto vuoto, diagnostiche e sicurezze

4. La Radioterapia IntraOperatoria (IORT) La IORT è una modalità di trattamento radioterapico che consiste nella somministrazione di una dose elevata di radiazione al residuo tumorale o al letto tumorale esposto chirurgicamente ad un fascio collimato di elettroni. Peculiarità: possibilità dell’impiego diretto in sala operatoria

5. NOVAC7 Guida d’onda flessibile Testa radiante Alimentatore a radiofrequenza Cono di collimazione in plexiglas La testa radiante (cannone elettronico+acceleratore lineare) è montata su di un sistema robotizzato che ne assicura la completa mobilità

6. LA STRUTTURA ACCELERANTE • Energie nominali 3-5-7-9 MeV • Corrente di picco 1.5 mA • Frequenza di ripetizione 1-30 Hz • Durata dell’impulso 4 µsec • Frequenza RF 2.998 GHz • Tipo di Struttura SW OAC in rame OFHC brasata • No. cavità acceleranti 11 • Lenti magnetiche nessuna • Lunghezza 50 cm • Peso 25 Kg

7. Periodo 1999-2003:il Progetto IORT • Sistema IORT innovativo con destinazione in un Ospedale del Sud Italia • Sviluppo sistemi dosimetrici dedicati • Modellizzazione in RV del processo IORT • 4.3 M€ da MIUR-UE (legge ex-488) • Coordinamento ENEA • Partners Istituti:IFO,Consorzio CETMA, Università di Bologna, Industrie: HITESYS (testa radiante), INFO&TECH (sistema di movimentazione) • 2 brevetti IORT-1 Macchina commerciale LIAC

8. Dal 2007: collaborazione con la Società NRT (New Radiant Technology), attuale possessore del marchio NOVAC7 Richiesta di collaborazione da parte della società NRT sui seguenti “items” (“Svolgimento commessa di ricerca su acceleratori lineari”): • Sviluppo cannone elettronico per linac-IORT • Sviluppo struttura accelerante per sistema radiografico mobile portatile • Sviluppo struttura accelerante per sterilizzazione

9. Recenti sviluppi per acceleratori compatti: linac ad alta frequenza (Banda C) Sviluppo di linacs in banda C (F=5712 MHz) in collaborazione con la società ADAM di Ginevra (si sta ultimando la formalizzazione dell’accordo ENEA-ADAM) Cavità in Banda S Cavità in Banda C Prototipo di linac in Banda C (realizzato presso TSC, Fiumicino) in misura su banco RF

10. Sviluppo Acceleratori di protoni • Progetto Adroterapia – U. Amaldi – Inizio 1993 • Scopo: acceleratore innovativo, compatto, lineare, scanning 3D • Brevetto ENEA SCDTL (3 GHz) • Progetto TOP (ENEA-ISS-IFO) inizio 1998 • 2 Convenzioni ISS-ENEA fino al 2005 totale 2.6 M€ Iniettore (RFQ+DTL)da 7 MeV (PL7, prodotto da ACCSYS, F=425 MHz) Prototipo struttura SCDTL

11. Acceleratori di protoni per radiobiologia e protonterapia:programmi attivi 17.5 MeV PL7 SCDTL Progetto ISPAN (Irraggiamento Sperimentale con Protoni per modelli cellulari e Animali) Istituti di ricerca:ENEA,ISS Industrie: NRT,CECOM Finanziamento : 580 K€ Bando FILAS 30 m PL7 SCDTL CCL 150 MeV Progetto IMPLART(Intensity Modulated ProtonLinac for Radiotherapy) Istituti di ricerca:ENEA,ISS,IFO Industrie: NRT,CECOM,ADAM Finanziamento : 11 M€ in 3 anni Convenzione Regione-ENEA

12. La società NRT e il NOVAC7 oggi “UPGRADES” EFFETTUATI SUL NOVAC7 • Incremento della max. energia nominale a 10 MeV • Lo scudo mobile a posizionamento elettronico • il telecomando digitale, l’interfaccia-operatore con monitor LCD touch screen • Tutte le movimentazioni a più velocità (testa radiante: 10,20,30 mm/sec;1 mm nella direzione di movimento) regolabili tramite telecomando • Il cannone elettronico realizzato da NRT (in collaborazione con l’ENEA) Rollio Beccheggio

13. La situazione del mercato IORT • Tre sistemi IORT (NOVAC7,LIAC,MOBETRON) attualmente sul mercato mondiale • Mercato in espansione in Italia e all’estero • La NRT sta promuovendo la diffusione anche all’estero del NOVAC7 (precedentemente limitato al mercato nazionale): INSTALLAZIONI GIA’ EFFETTUATE: - Ospedale Saint Savvas (Atene-Grecia) - Universitatsklinikum (Aachen-Germania) - UniversitatsKlinikum Dusseldorf (Dusseldorf – Germania) - EASTERN REGIONAL MEDICAL CENTER Cancer Treatment Center of America (Philadelphia – USA)

14. Gli obiettivi nel breve periodo PORTARE SUL MERCATO IL NUOVO NOVAC10 NELLA PRIMA META’ DEL 2011 CON LE SEGUENTI INNOVAZIONI: • Eliminazione della guida d’onda flessibile • Riduzione di altezza e peso dello stativo • Utilizzo di una nuova struttura accelerante compatta in banda C da 12 MeV (in collaborazione con ENEA e ADAM) • Utilizzo di un dosimetro in vivo di nuova concezione per dosimetria assoluta • Riprogettazione del software di gestione macchina e interfaccia operatore

15. ALTRI OBIETTIVI STRATEGICI ALTRI SISTEMI BASATI SU ACCELERATORI DI ELETTRONI: • Acceleratore portatile per radiografia industriale (PROGETTO X-EYE 2000) • Acceleratore per sterilizzazione (STERIL-2) NUOVI PROGETTI BASATI SU ACCELERATORI DI PROTONI: • Progetto ISPAN • Progetto IMPLART