Revue des Accélérateurs Médicaux Particules Lourdes
Jean DATCHARY (Oncologue-Radiothérapeute) et
Samuel MEYRONEINC (Ingénieur)
Rencontres SFP-Accélérateurs - Arronax, Nantes, 8 octobre 2018
I- Accélérateurs Médicaux Apparition et Développement
Jean DATCHARY (Oncologue-Radiothérapeute)
Rencontres SFP-Accélérateurs - Arronax, Nantes, 8 octobre 2018
Apparition des linacs-électron médicaux
Georges Chicotot 1907
Victor Despeignes Juillet 1896
1896 : tube de Crookes (Rayons X) (linac électrostastique 20-30 kV) Naissance Radiologie Naissance Radiothérapie
1947 : 1er linac-électron à RF (Stan U) (William Hansen, Sigurd & Russel Varian)
1952 : 1er linac-électron médical (8MeV) au Hammersmith H (Londres) ; 1er pt 1953
Truebeam Varian
2016 : Varian Medical Systems produit plus de 1.000 linacs/an
Parc RT française Statistiques INCa 2016
860 praticiens / 172 centres 500 linacs / 527 appareils RT 192000 pts / 4,1.106 séances
1957 Gordon Isaacs
Varian Associates
1956 : linac-électron médical (6MeV) du Stanford-Lane H (San Francisco) construit par les frères Varian. Cet enfant fut traité par Henry Kaplan
Apparition des cyclotrons médicaux
Médicalisation des 27,5- & 37-inch C.
o 1936 Médecine nucléaire [14C,18F,24Na,32P,59Fe,131I,…99mTc,…] Radiobiologie [n0 > Photon]
o 1938 : 1ère Neutronthérapie [Robert Stone et John Lawrence]
1936 : 1ères expérimentations médicales Médecine Nucléaire et Neutronthérapie Cyclotrons Standards (Rad Lab, Berkeley)
Livingston & Lawrence 27,5-inch Cyclotron
1934 (27,5-in) : 2D+ 5 MeV 1937 (37-in) : 2D+ 8 MeV
60-inch Crocker Medical Cyclotron
Premier cyclotron médical
1939 : 2D+ 16 MeV - 4He2+ 40 MeV
184-inch Cyclotron Synchrocyclotron depuis 1946 Médicalisation à partir de 1952
4.000 tons ; 467 cm
Débuts de la RT par ions légers - Protons : 340 MeV 30 pts traités (1954-1957) - Ions He (1957-1986)… 2.054 pts traités (1957-1992)
Poursuivie ensuite au BEVALAC - Ions Ar, Si, Ne surtout et C : 433 pts traités (1975-1992)
1954 : 1ère Protonthérapie (John Lawrence, Berkeley)
Les 2 frères Lawrence à Berkeley
Médicalisation des Synchro-Cyclotrons à protons
Uppsala 230cm & 600t (1951-1977)
73 pts traités (1957-1976)/H+ 185-MeV
St Petersbourg 6m & 10.000t (H+ 1-GeV)
1.386 pts traités (1975-2012)
2nd Harvard Cyclotron 650t (1949-2002)
9.116 pts traités (1961-2002)/H+>165-MeV
Orsay 320cm & 1.000t (1975-2010)
5.063 pts traités (1991-2010)/H+ 201-MeV
BEVATRON Grand synchrotron à focalisation faible ouvert 1953-1954 H+ 6-GeV ; anneau de 36m 1995 : découverte de l’antiproton
BEVALAC Relié au SuperHilac (injecteur), le BEVATRON devient le BEVALAC. Poursuite des expérimentations débutées avec l’ion hélium au 184-inch SC et premières études portant sur d’autres ions légers
1975 : médicalisation du Bevatron Lawrence Berkeley National Laboratory
Ions He : total de 2.054 pts traités au 184-inch SC et au BEVALAC (1957-1992)
Ions Ar, Si, Ne essentiellement, et C : 433 pts traités au BEVALAC (1975-1992)
1990 : 1er Synchrotron médical (H+)
Synchrotron OPTIVUS
7m- ; H+ 370 MeV
1 LF ; 3 gantries 10m-
Synchrotron construit au FERMILAB (Batavia, IL) : encore opérationnel, c’est le 1er accélérateur de protons médical. Depuis son ouverture en 1990 jusqu’en fin 2016, 19.400 patients ont été traités à Loma Linda.
Loma Linda UMC San Bernardino
Californie
09/11/2016 PFRS CAEN
9 / xx 9 / xx
Evolution des accélérateurs de protons médicaux (1990-2010)
HITACHI 70-250 MeV
MITSUBISHI 75-370 MeV
CPO 201 MeV IBA C230 MeV
ACCEL-VARIAN 250 MeV
ORSAY 2010
NICE 2017 CAEN 2018
Actualités 2018
Evolution des accélérateurs de
protons médicaux
Bmax = 3 T
Bmax = 2,2 T Bmax = 5,6 T
Bmax = 10 T
360° GANTRY : 10 m(Ø), 120 tonnes
LIGNES FIXES
LIGNE MOBILE
Trois salles de traitement (2 LF, 1 LM)
Installation de Protonthérapie (ICPO 2010)
IBA Single Room Proton Therapy System (Nice, Caen)
ProteusONE Compact
Gantry
220° Gantry
Installation compacte 13x30 m2
S2C2 50 tons 230 MeV 2,5 m ()
10.692 pts traités de 1994 à fin 2016
HIT Center ouvert en 2009 Heidelberg : Synchrotron 20m Protons 220 MeV (1.523 pts en fin 2016) Ion-C 430 MeV/uma (2.430 pts fin 2016)
Gantry 13 m, L 25, 600 t
1er cyclotron isochrone SC à Ions légers ?
- Une seule machine dédiée à l’accélération des ions légers - Simple à construire - Simple d’emploi - Peu encombrante - Peu coûteuse
Machine innovante p : 250 MeV C : 400 MeV/uma
Bmax = 3,5 T
700 tons
6,6m
- Fx d’ions tels que (Z/A = ½) - Faisceaux continus - Intensité appréciable - Vallées profondes focalisation - Supraconduction faible
cyclotron isochrone supraconducteur C400
Ions (Protons, He, Li, B, C, N, O, Ne) )
C400 : the ARCHADE multi-ion SC cyclotron
- Une seule machine dédiée à l’accélération des ions légers - Simple à construire - Simple d’emploi - Peu encombrante - Peu coûteuse
Machine innovante p : 250 MeV C : 400 MeV/uma
cyclotron isochrone supraconducteur C400
Ions (Protons, He, Li, B, C, N, O, Ne) )
Bmax = 3,5 T
700 tons
6,6m
- Conçu à Doubna (2006-2009) sous la direction d’Y. Jongen
- Vendu par IBA à NHa en 2009 - Fx d’ions tels que (Z/A = ½) - Faisceaux continus (intensité+)
Normandy Region
ARCHADE (Assoc loi 1901)
2008
Medical institution CRLCC F. Baclesse
Research Institutions CHU Caen
The ARCHADE project in Caen
After ASCLEPIOS (2002-2007)
2008 : Pure scientific multi-ion project with a unique industrial partner (IBA)
Normandy Region
ARCHADE (Assoc loi 1901)
2008; 2010
Medical institution CRLCC F. Baclesse
Research Institutions CHU Caen UNICAEN ENSICAEN
GANIL CYCERON
CNRS CEA Etc. CYCLHAD (SAS)
2010; 2017
SAPHYN (SEM) 2009
Stocke holders
The ARCHADE project in Caen
2012 : Protontherapy facility (Proteus-One) → Scientific project with mixed Research & Therapy activities → CYCLHAD (SAS) for multi-ion logistics
Normandy Region
ARCHADE (Assoc loi 1901)
2008; 2010
CYCLHAD (SAS) 2010; 2017; 2022
(Nha) Normandy Hadrontherapy (SAS)
2018; C400
SAPHYN (SEM) 2009
Stocke holders
Medical institution CRLCC F. Baclesse
Research Institutions CHU Caen UNICAEN ENSICAEN
GANIL CYCERON
CNRS CEA Etc.
The ARCHADE project in Caen
2018 : C400 product & development by NHa
Normandy Region
ARCHADE (Assoc loi 1901)
2008; 2010
CYCLHAD (SAS) 2010; 2017; 2022
Normandy Hadrontherapy (SAS)
2018; C400
SAPHYN (SEM) 2009
Stocke holders
Medical institution CRLCC F. Baclesse
Research Institutions CHU Caen UNICAEN ENSICAEN
GANIL CYCERON
CNRS CEA Etc.
Scientific project
Proton therapy
External users
The ARCHADE project in Caen
2020 : C400 construct on site in CYCLHAD
Radiothérapie par ions légers dans le monde Fin 2016 (Statistiques PTCOG)
1954-2016 Pions Ions
Hélium Autres ions
(Ne, Si, Ar) Protons
Ions Carbone
Total
Installations fermées (19)
1 100 2 054 433 19 394 440 23 421
Installations ouvertes (69) 60(P) et 9(Ion-C)
0 0 0 129 951 21 140 151 091
Patients Traités
1 100 2 054 433 149 345 21 580 174 512
Extrapolation 2018 : 200 000 traitements (170 000/Protonthérapie & 30 000/Carbone-thérapie)
0
20
40
60
80
100
120
140
2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018
Forte progression du nombre des installations Particle-RT
depuis 2000
ARCHADE (CAEN) ouvert depuis juillet 2018
3ème installation française
En 2018 105 installations dans le monde
Installation Protonthérapie
0
20
40
60
80
100
120
140
2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018
0
20 000
40 000
60 000
80 000
100 000
120 000
140 000
160 000
180 000
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Protonthérapie Carbonethérapie
Protonthérapie 170.000 pts
Carbone-thérapie 30.000 pts
En 2018 105 installations dans le monde
Statistiques actuelles
0
50 000
100 000
150 000
200 000
250 000
0
20
40
60
80
100
120
140
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020
Installations Patients
Etude d’incidence française* par « enquêtes en un jour »
- 12% d’indications de protonthérapie - 05% d’indications de carbonethérapie
Radiothérapie par ions légers dans le monde
*
Et en France, en 2016
Particle Therapy Centres
ENLIGHT Meeting, UCL, London, 26 june 2018
18 11
26 9
17 4
Courtesy of Manjit Dosanjh
ENLIGHT Meeting
UCL, London,
26 june 2018
18 11
II- Cas du Centre de Protonthérapie
d’Orsay de l’Institut Curie
Samuel MEYRONEINC (Ingénieur)
Rencontres SFP-Accélérateurs - Arronax, Nantes, 8 octobre 2018
Salle Y2 : T Oph + T Intracrâniennes 1991
Salle Y1 : T Intracrâniennes 1996
Synchrocyclotron
Cyclotron 2010
Bras Isocentrique
2010
Aile médicale
2010
Le cas du Centre de Protonthérapie d’Orsay
Classements des sites de protonthérapie
0
5000
10000
15000
20000
25000
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Orsay : 8 131 patients (3e)
Nombre total de patients traités fin 2016 – 61 centres de protonthérapie en activité
Données du Site web PTCOG
Nice : 5772 patients (7e)
Le Pencil Beam Scanning: ça marche !
1. Le sujet de maturité sollicitent toujours des sujets de conception
• Ex1: l’isochronisme- le conditionnement-le multi-pactoring
NASA Technology
Readiness Levels
1. Le sujet de maturité sollicitent toujours des sujets de conception
NASA Technology
Readiness Levels
• Ex2: cas de la source d’ions et du PBS
2. Les Principes transversaux de fiabilité
• Contrainte: les périodes d’ arrêt pour maintenance ou upgrade sont(très) courtes - (4 jours max)
exemple de l’upgrade du déflecteur
2. Les Principes transversaux de fiabilité
Opportunité: s’appuyer sur
d’autres sites IBA et sur académiques (ex:ARW)
3. Les spécificités de l’application clinique
Principes d’interaction et d’escalade au sein du centre
La certification médicale CE en pratique et en réel (ex: Night shift reports)
• Timlng et protcoles pour escalades
• (2 min - 10 min – 30 min- 1h- 2hour-1day)
• - Protocole d’ interface 1-1 (simple, pas affect)
• niveau de confiance dans le diagnostic –durée estimée
MedPhys Tech-Ing Therapist
Patient
Doctor
-
- Qui est l’owner de l’affaire
- Critical Components Identifiés
- Documentations - sécurités
IBA
3. Les spécificités de l’application clinique Beaucoup d’autres sujets au moins aussi préoccupants
que la génération de faisceau
III- Contraintes et Attentes Médicales Cas Clinique
Jean DATCHARY (Oncologue-Radiothérapeute)
Rencontres SFP-Accélérateurs - Arronax, Nantes, 8 octobre 2018
Agent de la SNCF de 28 ans Crâniopharyngiome sellaire et suprasellaire 2016 : amblyopie D + alt CV G → 1ère rés chir 2018 : HLH G → 2ème rés chir incomplète
PROTONTHERAPIE
52,2 Gy 29 F
(1,8 Gy/F)
52,2 Gy 29 F
(1,8 Gy/F)
TOMOTHERAPIE
52,2 Gy 29 F
(1,8 Gy/F)
Résultats concernant les OAR les plus critiques
GONDI Vinai et all : Int J Radiation Oncol Biol Phys, Vol. 85, No. 2, pp. 348-354, 2013
Conclusion: EQD2 to 40% of the bilateral hippocampi greater than 7.3 Gy is associated with long-term impairment in list-learning delayed recall after FSRT for benign or low-grade adult brain tumors.
IV- Enjeux et Défis Futurs
Jean DATCHARY (Oncologue-Radiothérapeute) et
Sam MEYRONEINC (Ingénieur)
Rencontres SFP-Accélérateurs - Arronax, Nantes, 8 octobre 2018
1. Des solutions pour avancer en gardant la confiance des parties prenantes
• Plus de traitements , Plus de recherche
• Baisser les coûts
– Organisation: ouvrir horaires, améliorer workflow, …
– technologiques: gestion de l’obsolescence, plus de monitoring systèmes (approche type TCP-NTCP)
La bonne mesure entre monitoring éclairé et maintenance préventive
(inspiration du modèle TCP/ NTCP en RT)
TCP
NTCP
1- NTCP
TPC (1- NTCP)
1. Des solutions pour avancer en gardant la confiance des parties prenantes
• Plus de traitements , Plus de recherche
• Baisser les coûts
– Organisation: ouvrir horaires, améliorer workflow, …
– technologiques: gestion de l’obsolescence, plus de monitoring systèmes (approche type TCP-NTCP)
• Parmi les sujets critiques
– les robustesses des plans (incertitude distale)
IMRT PSPT IMPT Robust IMPT
Liu, Zhang and Mohan, 2013
1. Des solutions pour avancer en gardant la confiance des parties prenantes
• Plus de traitements , Plus de recherche
• Baisser les coûts
– Organisation: ouvrir horaires, améliorer workflow, …
– technologiques: gestion de l’obsolescence, plus de monitoring systèmes (approche type TCP-NTCP)
• Parmi les sujets critiques
– les robustesses des plans (incertitude distale)
– le management : équipes linéaires / non linéaires
2. les domaines de travail et de prospectives pour l’avenir
Industriels
• Systèmes industriels assez matures (PBS, HDR)
• Smaller & cheaper
• Ex: la supra-conductivité maintenable
• Imagerie compétitive (cf PhotonT)
• Instrumentations et sécurisation des faisceaux balayés
• Logiciels pour techniques adaptatives
Académiques
53 8 October 2018
From A. Mazal
2. les domaines de travail et de prospectives pour l’avenir
Industriels
• Systèmes industriels assez matures (PBS, HDR)
• Smaller & cheaper
• Ex: la supra-conductivité maintenable
• Imagerie compétitive (cf PhotonT)
• Instrumentations et sécurisation des faisceaux balayés
• Logiciels pour techniques adaptatives
Académiques
• Plus de convergences internes
• Plus de concepts
• Cas des prototypes
• Innovations radicales (ex: MBRT, flash, …)
• Associations (ex: nano-technologies)
• Travaux précliniques
• Radiobiologie ++
Exemples pour l’Institut Curie
2018: un Linac True Beam Pour augmenter la densité clinique
2019: une plateforme Prè-clinique à côté du CPO
2019: une ligne de PT dédiée recherche
Un programme médico-scientifique d’innovation en radiothérapie et radiobiologie
Le futur est lié au potentiel de la RT par ions légers…
Avéré et en développement dans le cas des protons Encore en cours d’expérimentation pour les ions-carbone A étudier lorsqu’il s’agit des autres ions légers (He, Li, O…)
...indissociable de l’évolution de la cancérologie
Exemple des associations de RT et d’immunothérapie Amélioration de la présentation des Ag tumoraux par la RT La RT peut engendrer une réponse immunitaire antitumorale Synergie de la RT avec différentes stratégies d’immunothérapie Les particules chargées seraient plus immunogéniques que les photons
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