Федеральное агентство по атомной энергии фгуп «цнииатоминформ» центр «атом-инновация» материалы инновационного форума росатома июнь, 2007 год москва партнеры форума

Вид материала

Документы

Содержание Центр ионной лучевой терапии в Протвино

Подобный материал:

• Инструкция о порядке ведения учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных, 877.05kb.
• Федеральная целевая программа "Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники", 3538.74kb.
• Федеральная целевая программа "национальная технологическая база" на 2007 2011 годы, 4200.13kb.
• Федеральная целевая программа "национальная технологическая база" на 2007 2011 годы, 4193.34kb.
• Федеральная целевая программа "национальная технологическая база" на 2007 2011 годы, 4193.39kb.
• Предварительная программа мероприятий окончательный вариант программы участники двифа-2010, 121.02kb.
• Международный конкурс «Энергия Будущего 2008» «ядерно-энергетические транспортные установки», 375.47kb.
• Первая сессия политического форума, 1317.07kb.
• Устав Международного агентства по атомной энергии, 652.86kb.
• Всероссийский Форум «Дом семьи Россия!», 25.65kb.

Центр ионной лучевой терапии в Протвино

Антипов Ю.М., ГНЦ ИФВЭ

Для лечения онкологических заболеваний в современной медицине успешно используются возможности физических установок, первоначально предназначавшихся для фундаментальных исследований в области ядерной физики. В настоящее время в развитых странах ускорители заряженных частиц активно с очень высокой эффективностью используются для лучевой терапии онкологических заболеваний. В России для этих целей создается медицинский центр на базе комплекса ускорителей ГНЦ ИФВЭ, где будет применяться наиболее передовая технология ионной лучевой терапии.

Многочисленными исследованиями в зарубежных и отечественных лабораториях доказано, что самым совершенным методом лучевой терапии онкологических заболеваний является терапия пучками протонов и особенно ионов углерода.

Технология ионной лучевой терапии, к освоению которой только приступают в Европе, Японии и Китае, является наиболее передовой. В России имеются все условия для скорейшего внедрения уникальной методики.

Комплекс ускорителей протонов Государственного научного центра «Институт физики высоких энергий» был создан в подмосковном городе Протвино почти 40 лет назад. Долгое время он сохранял статус крупнейшего в мире, и по сей день остается самым мощным в России. Это сложнейший научный инструмент для проведения фундаментальных исследований в области физики элементарных частиц.

Недалеко от Протвино, в Обнинске, многие годы действует Медицинский радиологический научный центр (МРНЦ), располагающий хорошей научной и клинической базой. Как в ИФВЭ, так и в МРНЦ имеется необходимое число специалистов, подготовленных для работы в Центре ионной лучевой терапии. Города Протвино и Обнинск удобно расположены в средней полосе России, вблизи Москвы, имеют развитую инфраструктуру.

В 1998-2000 гг. сотрудниками ИФВЭ и МРНЦ совместно был подготовлен проект Центра протон-ионной лучевой терапии, предполагающий модернизацию существующего ускорительного комплекса ИФВЭ для создания медицинских пучков протонов и ионов углерода. В 2001 году к работам по разработке аппаратуры для данного проекта подключился НИИЭФА.

Комплекс ГНЦ ИФВЭ включает ускорители различного типа:

• протонный линейный ускоритель Урал-30 на энергию 30 МэВ;
  
• протонный линейный ускоритель И-100 на энергию 100 МэВ;
  
• быстроциклирующий протонный синхротрон-бустер;
  

• протонный синхротрон У-70 на энергию 70 ГэВ.

Энергии, интенсивности и способы вывода пучков протонов и ионов для лучевой терапии определяются медицинскими параметрами, которые в свою очередь диктуют необходимые технические требования к ускорительному комплексу.

Основные технические требования к центру протон-иноной лучевой терапии:

Протоны

• Максимальная кинетическая энергия - 220 МЭв
  
• Максимальная магнитная жесткость [HR] - 2,26 Т•м
  
• Интенсивность пучка на мишени - 5x10⁹ сек^-1
  

Ионы

• Максимальная кинетическая энергия - 5040 МЭв
  
• Максимальная магнитная жесткость - 6,53 Т•м
  
• Вывод пучка из ускорителя - Медленный вывод
  
• Интенсивность пучка на мишени - 2x10⁸ сек¹
  

Существующая в настоящий момент система инжекции протонов в протонный синхротрон У-70 включает в себя протонный линейный ускоритель Урал—30 и быстроциклирующий протонный синхротрон — бустер.

Основные параметры бустера:

Периметр орбиты - 99,16 м

Магнитная жесткость - 0,80-6,85 Т•м

Диапазон энергии - 200-1320 МэВ

Максимальная частота - 16,6 Гц

Интенсивность протонов - 2-9•10 в 11ст.

Минимальная энергия протонов, ускоряемых в бустере, в настоящее время - 200 МэВ, что хорошо согласуется с требованиями протонной лучевой терапии. Достигнутые в настоящее время интенсивности протонного пучка в бустере заметно превышают те, что необходимы для протонной лучевой терапии.

В конце цикла ускорения магнитная система бустера удерживает протоны, магнитная жесткость которых практически совпадает с требуемой для ускорения ионов углерода С⁺⁶ до энергии 5040 МэВ. Таким образом, магнитная система существующего в ИФВЭ ускорителя-бустера как нельзя лучше соответствует требуемой для ионной С⁺⁶ терапии. Но бустер выдает пучок в виде коротких импульсов, а для современной лучевой терапии требуется постепенный (медленный) вывод пучка. Именно для этого и нужен большой ускоритель У-70, который должен сработать в этом варианте уже не как ускоритель, а как большой экономичный накопитель. Выведенные из бустера пучки протонов или ионов углерода должны быть накоплены в кольцевом ускорителе У-70, а затем медленно выведены в один из экспериментальных залов ИФВЭ, в котором можно разместить несколько медицинских процедурных помещений.

Все элементы планируемого модифицированного ускорительного комплекса последовательно включают: лазерный источник ионов углерода; линейный ускоритель И-100, ускоряющий ионы углерода; канал перевода пучка ионов из И-100 в бустер; системы ввода пучка в бустер; ускоритель-бустер; У-70, работающий в режиме накопителя; систему вывода пучка из У-70 в процедурные помещения, расположенные на свободных площадях в экспериментальном зале.

Стоимость уже созданного оборудования, сооружений, инфраструктуры, которые будут использоваться в Центре протон-ионной лучевой терапии — 100 млн. долларов США. Ресурсы, необходимые для реализации Проекта на базе ИФВЭ и МРНЦ оцениваются в 20 млн. долларов США, что составляет ~20% стоимости создания самостоятельного центра протон-ионной лучевой терапии.

В 2000 г. Проект был одобрен Комиссией по новой технике Министерства здравоохранения РФ; получено заключение о целесообразности НИР по созданию Центра; утвержден медицинский соисполнитель — МРНЦ РАМН (Обнинск). Проект Центра был многократно представлен на различных конференциях и совещаниях и неизменно получал положительные оценки.

Решение задачи создания Центра протон-ионной лучевой терапии ИФВЭ-МРНЦ предусматривается в три этапа. Первый этап. Для определения физико-технических и радиобиологических характеристик медицинского пучка ионов необходимо первоначально создать экспериментальный пучок протонов и ионов углерода, и провести на нем соответствующие исследования. На этом этапе предполагается: получение ускоренных в линейном ускорителе И-100 пучков легких ионов; проектирование и создание канала перевода пучка из И-100 в бустер; ускорение пучков ионов в бустере; проведение на ускоренном в бустере пучке ионов физико-технических и радиобиологических исследований. Значительная часть работ первого этапа в ИФВЭ уже выполнена.

Второй этап. После получения экспериментальной информации о качестве пучка (стабильность, фазовый объем, интенсивность) и проведения первоначальных физико-технических и медикобиологических исследований по отработке технологии радиологического лечения в этом пучке предполагается на втором этапе составить окончательные требования к медицинскому пучку и на их основе доработать технический проект Центра протон-ионной лучевой терапии для медицинского применения. На этом же этапе планируется опробовать тестовый вариант вывода пучка в медицинскую зону с целью определения его рабочих характеристик.

Третий этап. Предполагается изготовить, смонтировать и испытать элементы вывода, формирования и контроля пучка в медицинскую зону, смонтировать оборудование процедурных помещений и пульта контроля пучка, помещений для приема и предварительной подготовки пациентов.

В 2001 г. НИИЭФА и ИФВЭ совместно приступили к инженерному проектированию, изготовлению оборудования и модернизации ускорительных систем, необходимым для получения ускоренных пучков ионов углерода. В результате экспериментальных исследований на ускорителе И-100, выполненных в 2000-2003 гг. практически доказана возможность ускорения дейтронов и ионов углерода.

В 2004 году было изготовлено все электрофизическое оборудование для канала перевода пучка из линейного ускорителя И-100 в бустер. Таким образом, в ИФВЭ начата практическая работа по выполнению первого этапа создания Центра протон-ионной лучевой терапии.

До настоящего времени все работы по созданию Центра финансировались за счет внутренних ресурсов ИФВЭ. Однако очевидно, что для успешного завершения работ на втором, и особенно третьем этапах, потребуется внешняя поддержка. Значительные капиталовложения в данный проект планирует осуществить московская область.

Проект Центра протон-ионной лучевой терапии для лечения онкологических больных отражает насущные потребности отечественного здравоохранения и одновременно позволяет внедрить уже имеющиеся в России высокие научные технологии в медицинскую практику.

Такие технологии, несомненно, будут ведущими в мире при лечении резистентных форм рака в первые десятилетия XXI века.