Transcript Dosimetria in vivo

Medical Physics Activities in the
University, Hospital and Industry
Cristiana Peroni – Universita’ di Torino & INFN
Master and PhD theses of Physics Students
on the subject of:
• Nuclear Medicine
• Radiotherapy with Photons
• Hadrontherapy
• MRI
Physicists for Medicine
physics  s  physician
Dec. 28 1895 W.K.Roentgen reports about a
“Eine neue Art von Strahlen”
Feb. 1896 H. Bequerel reports about the
emission of a “form of radiant energy”
emitted by uranium
1898 M. and P. Curie discover polonium
and radium
1907 E. Rutherford and F. Soddy, “The Cause
and Nature of Radioactivity”
Vina del Mar, 1-6-2010
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Early times radiation sources for medicine
(therapy)
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Nuclear Medicine
Molecular Imaging (in vivo and in vitro)
scintigraphy lung, skeleton, gallbladder…
SPECT (Single Photon CT) functional brain imaging,
myocardial perfusion imaging
> 90% applications use 99mTc ,123I (thyroid)
and more
Positron Emission Tomography 18F
Radiometabolic Therapy
e.g.thyroid ablation with 131I
, 90Y lymphoma
Palliative therapy of bone methastases pain 153Sm
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Detectors (Gamma Camera)
Tomoscintigrafia (SPET) miocardica:
con 201 Tallio
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Gamma (Anger) Camera
Hal Anger at Berkeley
from 1952 to 1958
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18F
fluorodeoxyglucose (FDG)
lutetium oxyorthosilicate [LSO]
gadolinium orthosilicate [GSO]
ISTITUTO DI
RADIOPROTEZIONE
C.R. SALUGGIA
Evaluation of in-vitro and in-vivo stability of the radiopharmaceutical
[153Sm]Sm-EDTMP for biokinetics studies in bone metastases pain
palliation care *
Candidato:
LUCA VIGNA
Relatore :
Prof. C. PERONI
Co-Relatori:
1
Dott. D. ARGINELLI , Dott. S. RIDONE1, Dott. R.MATHEOUD2
Lavoro svolto presso l’ENEA1,(Italian National Agency for New Technologies, Energy
and the Environment) e l’Azienda Ospedaliera Maggiore della Carità di Novara2.
* published in Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry (2009) 282:287-291
[153Sm]Sm-EDTMP
PAZIENTI
TRATTATI
(Quadramet®)
Quando?
metastasi scheletriche
tumore primario:
prostata
MAMMELLA e PROSTATA
~37 MBq/kg
Come?
Somministrazione endovenosa
attività iniettata : 37 MBq/kg
mammella
Effetti?
<
<
pressione interstiziale
produzione di sostanze algogene
( riduzione del dolore )
Transitoria diminuzione delle piastrine
e dei globuli bianchi
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~ 3 GBq
17 pazienti
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OBIETTIVI SPECIFICI del lavoro di tesi :
stabilità del radiocomplesso
biodistribuzione del radiofarmaco
modelli biocinetici con struttura
compartimentale
modello dosimetrico
ottimizzare la terapia radiometabolica
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MATERIALI E METODI :
Informazioni
necessarie:
Misure da
effettuare:
Tecnica di
misura
utilizzata:
Strumento
utilizzato:
stabilità in vivo e
purezza
radiochimica
radionuclidemolecola
aliquote di
campioni biologici
(sangue e urina)
cromatografia
su strato
sottile TLC
Scintillatore
liquido
(Quantulus
1220 della
WallacTM)
andamento nel
tempo dell’attività
nella circolazione
sistemica
misura di attività su
prelievi di sangue
a tempi prestabiliti
Spettrometria
gamma
Scintillatore
inorganico
(NaI(Tl))
andamento nel
tempo dell’attività
totale escreta
attraverso la
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clearance renale
misura di attività su
minzioni
spontanee del
paziente
Spettrometria
gamma
Scintillatore
inorganico
(NaI(Tl))
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MODELLO – schema a compartimenti
A0
AP
AS
OSSO
k13
l
SANGUE
l
l
Sistema di equazioni
differenziali
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AT
k12
k21
kel
ALTRO
l
RACCOLTA
URINE
AE
 A P   k 21 AT  k13 AP  k12 AP  kel AP  lAP

 AT   k12 AP  k 21 AT  lAT

 Ao   k13 AP  lAO
 A   k A  lA
el P
E
 E
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[2]
[1]
[3]
[4]
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MODELLO :
andamento dell’attività nei compartimenti
BIOCINETICA DEL RADIOFARM ACO [Sm-153]Sm-EDTM P
100
90
80
%Aoo
70
60
50
40
30
20
10
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
tempo [minuti]
SANGUE
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ALTRO
OSSO
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RACCOLTA URINE
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MODELLO:
applicazione
confronto tra attività massima iniettabile per non superare i 2
Gy al midollo rosso e l'attività iniettata al paziente
Attività max
Attività iniettata
10
9
8
GBqo
7
6
5
4
3
2
1
0
n°7
altro
n°15
n°16
n°13
n°12
n°11
n°5
n°2
mammella
n°9
n°8
n°4
n°3
prostata
pazienti
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Radiotherapy with photons
Most radiation treatments are delivered by Linacs (X-ray and e-)
operating at 6 to 40 MV with highly elaborated beam delivery
systems  high dose conformation (D = dE/dM [Gy])
3D conformal Radiotherapy (3DCRT)
Dynamic Multi-Leaf
Collimator (DMLC)
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Intensity
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& INFN Modulated Radiotherapy (IMRT)
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Treatment plan
The radiotherapist prescribes the amount of dose to be
delivered to the target volume and the maximum dose which
can be delivered to the surrounding tissues
The medical physicist, using s/w programs, produces the
“treatment plan” following the radiotherapist prescriptions.
The dose fractionation, patient positioning, accelerator
parameters are then set in order to obtain the desired dose
distribution.
+
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DOSE VERIFICATION
To verify correspondence between the prescribed dose to the
tumor by radiotherapist and the administered dose to the
patient, medical physicist performs in vivo dosimetry, i.e.
absorbed dose measurements during irradiation, at points of
interest on patient:
treated volume (Clinical Target Volume or CTV) and/or
organs at risk: normal tissues whose sensitivity to radiations
can significantly affect the treatment plan and/or the total
prescribed dose.
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Università degli Studi di Torino
Corso di LM in Fisica Ambientale e Biomedica
presso il
Complejo Hospitalario Universitario
di Santiago de Compostela
Progetto Leonardo Jun-Aug 2007
In vivo dosimetry with
MOSFET in post-mastectomy
radiotherapy treatments
Premio del Presidente della Repubblica
per la migliore tesi di carattere scientifico
sul tema: “Le donne per le donne” - 2008
Francesca De Monte
La dosimetria alla pelle durante trattamento post-mastectomia:
La mastectomia è la rimozione completa del seno.
La pelle è un organo da trattare (fa parte del C.T.V.).
Si può ricorrere all’utilizzo di un bolus, materiale
tessuto equivalente per aumentare la dose alla pelle.
Dopo una T.A.C., il medico delimita:
• Volume d’interesse: parete toracica (C.T.V.)
• Organi critici: polmoni, cuore
Il fisico pianifica il trattamento:
somministrazione al volume d’interesse
della dose prescritta dal medico e
salvaguardia degli organi critici.
Dosimetria in vivo
MOSFET OneDose
Rivelatori MOSFET
Principio di funzionamento dei rivelatori MOSFET:
MOSFET:
Metal – Oxide – Semiconductor Field
Effect Transistor (N-MOS, P-MOS).
Tensione di soglia VTH:
tensione che si deve applicare tra Gate e
Substrato perchè fluisca corrente tra
Source e Drain.
Si ha un
accumulo di
carica positiva
nell’ossido
Un aumento della
tensione di soglia
VTH necessaria per
ottenere lo stesso
flusso di corrente
VTH ~ Dose
Dosimetria in vivo
MOSFET OneDose
Implementazione in vivo
Dosimetria in vivo: QUINTA PAZIENTE
Trattamento con due fasci tangenziali di fotoni:
Gantry a 300°  angolo di incidenza della radiazione ~60°
1° fascio: campo 15 × 15 cm2 ; 2° fascio: campo 12 × 12 cm2
DIFFERENZA in C: ± 5.5%
Applicazione MANUALE dei FC:
FCfield size = 1.0309 (15×15)
(incert. 2.0%)
FCssd = 1.0250
(incert. 3.0%)
FCfield size pesato = 1.0312 (15×15;12×12) (incert. 2.0%)
FCdip.angolare, ARIA = 0.9579
(incert. 2.1%)
FCdip.angolare, EQ. ELETTR. = 1.0753 (incert. 4.0%)
FCdip.angolare, MEDIO = 1.0166
(incert. 3.0%)
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6, 2010
Dosimetria
in vivo
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MOSFET OneDose
Conclusioni della ricerca:
VANTAGGI della tecnica MOSFET OneDose:
1) Facilità di utilizzo e nessun rischio o disagio per il paziente
2) Immediatezza della lettura e memorizzazione della dose, con data e ora
3) Dimensioni ridotte del dosimetro, minima influenza sul piano di trattamento
4) Nei 5 casi esaminati, si è rivelato affidabile per misure di dose alla pelle entro un
livello di tolleranza del 5% quando la radiazione incide perpendicolarmente
5) Nelle prove in condizioni di equilibrio elettronico, si è trovata una buona
accuratezza nelle misure di dose e correttezza dei FC dati dal fabbricante.
Study and development of the
Dose Delivery System for the
National Center of Oncological
Hadrontherapy (CNAO)
Simona Giordanengo
Torino January 12 2009
Università degli Studi di Torino
Facoltà di Scienze M.F.N.
Laurea Magistrale in Fisica Ambientale e Biomedica
A.A. 2007-08
“Study of a new class of MRI
contrast agent through phantom and
in vivo relaxometric analysis”
MRI optimization method for in vivo detection of
atherosclerotic plaque in apolipoprotein E-null (ApoE-/-)
mice
Candidata: Sonia Colombo Serra
Relatore: Prof.ssa Cristiana Peroni
Correlatori: Dr.ssa Claudia Cabella
Dr. Fabio Tedoldi
Tesi in azienda: sito e collaborazioni
MR 3T
MR 0.2T
Presto…
CT
CEIP
MR
7T
Centro di Imaging
Preclinico
c/o Centro di
Biotecnologie Molecolari
Università degli Studi
di Torino
Laboratorio Università
/ Industria
PET
US
In the words of Sonia Colombo
Biomedical (and not only) research needs ability in each scientific field, from
chemistry to biology, to medicine, to anatomy, to physics, from computer
science to engineering.
A comparison that hits this concept on the nail is the one with the
reconstruction technique widely used in medical imaging, for example
in TC. It refers to the projection theorem that states: the geometrical
reconstruction of an object can be performed through the sum of onedimensional projections of the object itself at different angles of view.
The higher the number of projections, the more precise will be the
reconstruction. In biomedical research, the phenomenon examined is
the object, the different ability and scientific knowledge are the angle
of projection. Only a complete vision, guaranteed by a group of people with
different training and scientific formation, can lead to progress in the field of
study. The physicist’s eye, as that of a chemist, a biologist, a medical
doctor, a mathematician, a computer scientist and as that of anyone has a
scientific ability (by academic studies or professional expertise) is required
to investigate
and understand
the phenomenon
under examination.
Jan 6, 2010
C.Peroni
- Torino Univ. & INFN
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