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Le Centre de Protonthérapie d’Orsay de l’Institut Curie (certaines diapositives qui ont servi de support au séminaire …)
Samuel Meyroneinc
Responsable Service Technique et Ingénierie
Institut Curie – Centre de Protonthérapie d’Orsay
Séminaire LAL – 30 juin 2015
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sommaire
La Protonthérapie
Le Centre de Protonthérapie d’Orsay
Rappels historiques
Séquence 2010-1015
Processus de traitement
Retours d’expérience
Perspectives
pour la Protonthérapie
pour le CPO et l’Institut Curie
dans le cadre du Campus
Questions - discussions Séminaire LAL 7 juillet 2015:
Nouvelles approches (et nouveaux besoins) en radiothérapie
by Yolanda Prezado (IMNC)
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La Radiothérapie La Protonthérapie
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Georges Chicotot (1907)
médecin radiologue peintre du tableau
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Source cobalt 60
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Principe du Linac (accélérateur linéaire)
P+ + -
Champ électrique
accélération
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- Klystron de 10 MW (110 KV , 100 A ) environ sur 5 micro secondes de large
- Fréquence onde: 3 GHz ( 2998 Mhz)
- fréquence de répétition de 50 a 400 Hz en fonction de l'énergie et du débit
sélectionnés
Linac (à électrons) pour la radiothérapie (X, e-)
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Basis of radiotherapy
1. Multi-porting
2. Fractionation
for differential effect (typical: 2 Gy/day)
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Pertinence d’utilisation des particules lourde chargées
en RadioThérapie - Wilson (1946)
masse proton = 1836 masse électron
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Profondeur (cm)
Do
se (
%)
20
40
60
80
10
0
0 5 10 15 20 25 30
Organes
critiques Tumeur
Avantages physiques et balistiques de protons vs
photons
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Faisceau de Photons Vs Faisceau de Protons
Un seul faisceau
Photons X Protons
Parcour fini
Faible pénombre
latérale
Protection OAR à
l’arrière
Protection OAR adjacents
12 - DIU – Protonthérapie centre & Ophtalmologie– Dendale R - 24/01/2013
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• Utilisation d’installations de recherche
• Activité confidentielle
Ère primaire
(1955-1985)
Accélérateurs & Thérapie par particules lourdes chargées
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Diffusion passive
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• Utilisation d’installations de recherche
• Activité confidentielle
Ère primaire
(1955-1985)
• Premiers fournisseurs industriels
• Début d’une activité clinique significative
Ère secondaire
(1985-2015)
Accélérateurs & Thérapie par particules lourdes chargées
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1ère génération de centre de protonthérapie (50-130 M€)
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MGH-Boston
iThemba Lab
Chiba
CPO
1991
Dubna
Moscou
Nice PSI
Floride MD Anderson
Indiana (MPRI)
Catania Chine
Korée
Japon
Uppsala
Loma Linda
UCSF
Ctatterbridge
ProCure U Penn
Berlin
Centres en activité
1
4 1
8
1
3
1
Protonthérapie dans le monde de 1954 – 2014 (www.ptcog.ch)
3
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1960 1950 1970 1980 1990 2000 2010 2020
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
45
50
No
mb
re d
e p
atie
nts
No
mb
re d
e
cen
tres
2014
Centres de protonthérapie dans le monde 2014 Source : www.ptcog.ch
90000
100000
108 000 patients 49
centres
49 centres en activité – prés de 108 000 patients traites
dont 98 000 pts lors des 24 dernières années
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Les 3 questions des industriels
- Quel est le besoin ?
- Quelles sont mes responsabilités ?
- Est-ce profitable ?
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Loma Linda – 1990- Californie
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Cyclotron + Energy selection system (IBA)
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Cyclotron C230 - IBA (230 MeV, 500nA)
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24
Le cyclotron C230 - IBA
Cavité RF
Cavité RF
Région centrale
Système d’extraction
vallée
colline
4 vallées
4 collines
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• Utilisation d’installations de recherche
• Activité confidentielle
Ère primaire
(1955-1985)
• Premiers fournisseurs industriels
• Début d’une activité clinique significative
Ère secondaire
(1985-2015)
• ? ?
Accélérateurs & Thérapie par particules lourdes chargées
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Le Centre de Protonthérapie d’Orsay
Généalogie et histoire
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27 - « Il était une fois… l’Institut Curie à Orsay » - Conférence : jeudi 11 octobre 2007
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Cyclotron Collège (6 MeV)
1958: configuration Orsay n°1
Synchro-cyclotron
Philips (160 MeV)
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1975-1978 Transformation Culasse
cyclo Collège Synchro-cyclotron
200 MeV IPNO
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Institut Curie- Centre de Protonthérapie – Orsay ( 45 persons, 14 for technical)
Starts 1991. Patients treated: + 4000 eye + 1000 head&neck
Large fields room
Synchrocyclotron 200MeV
Small fields room
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The medical specifications
2006 from 2010
(fixed beam) (with a gantry)
-------------------------------------------------------------------------------
Eye Tumours 240 240 – 300
Base of skull 90 160 – 200
Children 10 100 – 130
Others - 80 – 100
-------------------------------------------------------------------------------
TOTAL 340 580 – 730
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New accelerator
+ gantry
+ beamlines
Existing
Facility
New medical
wing
The project 2006-2010 : extension and renovation of the facility
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Building integration in the Campus
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Mapping C230
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Gantry (120 tons, D = 10,5m)
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Gantry (10 m, 120 t)
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Gantry treatments
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Cyclotron&Beamline)
R&D physics
&Technology
Robotic & Imaging
IT&Control
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Industrial
Supplier
Technical and
engineering
Medical
Physics
Therapists
&Dosimetrists
Medical
doctors
operate
4+ 15 6 20 4
Maint level 1
Test&QA
Maint level 2 ?
Developments
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L’Institut Curie est un centre dédié aux Cancers travaillant sur le
traitement et la recherche fondamentale, de transfert et clinique.
Groupe hospitalier Paris Centre de protonthérapie (ICPO) René-Huguenin à Saint-Cloud
Centre de recherche sur Paris et Orsay (80 équipes de recherche
réparties en 15 unités et 17 plateformes)
Associées CNRS, Inserm, et les Universités.
Département de Recherche Translationnelle Transfert des innovations scientifiques aux soins du patient et/ou à la
recherche pour la compréhension du cancer par la réalisation d’études
cliniques
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Traitement au CPO
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SB
Chordome 74
Gy Chondrosarcome
Indications classiques de l’Adultes
Forte dose
Tumeurs localisées à proximité d’Organes à risque OAR pour
lesquels les doses d’irradiation requises sont supérieures aux doses
de tolérance de ces OAR
Mélanome Choroidien
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Tumeurs pédiatriques
Population en pleine croissance
Plus grande radiosensibilité des tissus
Souvent meilleure sensibilité tumorale
Protons peuvent :
- Diminuer la dose au tissus sains de 50-70%
- Diminuer les effets secondaires
et les complications
Protons pourraient:
- Réduire le risque de cancer secondaire
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Implantation marqueurs
IRM+TDM
Contourage
1ere
Consultation Dosimetrié Simulation
Fabrication
des accessoires
personalisé
QA
Semaine 1 Semaines - 1 Semaine -2 Semaine - 4
7 Semaines
J - 4 J - 2
Workflow des traitements intracrâniens
•Autres sites de l’IC
• Hôpitaux Partenaires
•Centre de protonthérapie
Préparation 1 Préparation 2
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TPS (simulation de
la dose)
Choix des
paramètres
irradiations
Mesures
faisceau
Imageries (CT, IRM, PET)
patient
patient
faisceau
Mise en place
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Y1 Head&neck treatments (201 MeV)
Y2 eye treatments (76 MeV) and
Head&neck treatments (201 MeV)
Dégradeur
Momentum slits
ESS
P2
Continuous energy
selection between
70MeV and 230.67 MeV
Connection point
C235
Existing IC - CPO
Gantry
Universal Nozzle:
• Double Scattering
• Uniform Scanning
• Pencil Beam Scanning
IBA equipment
PY1
PY2
The New centre project
Michel Auger - Sept 2014
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Planning journalier
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Retour d’expériences
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Éléments contribuant à la fiabilité et stabilité du faisceau
En 2014 (12 mois): - < 2 jours pannes dus à l’accélérateur
- + 99% de patients traités le jour J
- 51 semaines / an
- Systèmes et organisations
Suivi performances source d’ions
Surveillance thermique
Maintenance adaptative sur coupleur RF
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Cycle de développement en V/ dispositif médical
Analyse des
besoins
Spécification
système
Spécification
sous systèmes
Conception
préliminaire
Conception
détaillée
Réalisation
Tests sous
systèmes
Tests et
intégration
Validation
système
Validation sous
systèmes
formation
Exploitation
maintenance Vigilance active
Analyse de risque
Avis des utilisateurs
Intégration du contexte
Matrice de
conformité
Tests
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Innovations qui ont « diffusé »
Prototype (dont Orsay) Industrie – « grand » public
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journée Soirées-nuits-WE
IBA: JB Ruaud, S. Nacivet et al
CPO: F. Goudjil, A. Patriarca, L. DeMarzi ,
F. Martin, C. Devlackenaere et al
Traitement en journée / Développements & upgrade le soir-la nuit
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Perspectives
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• Utilisation d’installations de recherche
• Activité confidentielle
Ère primaire
(1955-1985)
• Premiers fournisseurs industriels
• Début d’une activité clinique significative
Ère secondaire
(1985-2015)
• ? ?
Accélérateurs & Thérapie par particules lourdes chargées
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Accélérateur compact intégré au bras isocentrique
9 Tesla
superconducting
Synchro-cyclotron
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Accélérateur compact + configuration ESS compacte (IBA)
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8 m
FFAG – Fixed Field Alternating Gradient
(mi-cyclotron, mi-synchrotron)
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Cyclotron Archade (Protons ou ions carbones)
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Cyclinac (cyclotron + Linac)
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Dielectric Wall Accelerator (PTCA)
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Protons générés à partir de lasers intenses
Simulation de spectre
Champs électriques ~ GV/m (au lieu de ~MV/m)
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Perspectives pour la Protonthérapie
- Augmenter l’activité clinique et publier les résultats pour connaître les
domaines de légitimité
- Etre au niveau de l’état de l’art pour l’environnement de traitement
(imagerie, adaptatif, logiciels intégrés, …)
- Gérer et faire avancer les connaissances sur les questions
d’incertitude balistique et biologiques
- …
- Continuer à favoriser la R&D en radiothérapie
- Participer à l’élan en cours sur la radiobiologie, la médecine de
précision, …
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Perspectives pour le Centre de Protonthérapie
- Continuer l’augmentation d’activité et la diversification des localisations
prises en charge
- Migrer vers le Pencil Beam Scanning en salle Gantry
- Assurer la maîtrise technologique d’une installation long-terme
- Assurer les développements physiques et technologiques vitaux (OIS,TPS,
études faisceau balayés (thèse en cours), …)
- Permettre la réalisation de + d’irradiations expérimentales (Radiobiologie,
…). Forte collaboration avec Recherche Curie (projet RadexP)
- Implanter une machine de radiothérapie « classique » ?
- Coopérations et collaborations pour les développements: accélérateurs,
faisceau, imagerie&robotique, modélisations, …
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Evolution de l’activité
Année 2012 2013 2014 2015 > 2015
Objectifs nb
de séances
6000
7000 8000
9 000
> 9000
Nb Séances
réalisées 6389 7253 8757 - -
Nb Pts traités 457 503 558 - -
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PBS = Pencil Beam Scanning (actuellement en préparation au Centre de Protonthérapie)
Pencil Beam
Spot size from 3 to 8 mm (sigma)
Scanning
Scan in both direction to cover the
tumor
1 spot : 2,5 ms min
Transition entre 2 spots : 2 ms
1 litre en moins de 1 minute
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QA phantom
2nd treatment room
Robotic positioner (1994)
6 DOF (including pitch & roll)
Couch, chair or QA water phantom
Industrial Fanuc design
Security hardware (speed, acceleration, collision)
Same ACROPOL software than 1st room
Currently no work in progress
Some prospects (automatic traj correction)
Couch
Chair
Exemple de développements en
Robotique et imagerie
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2nd treatment room
Problem
1994’s robot, unaccuracy up to 7mm for a 90° top rotation
Tracking system (HORUS)
• Receive correction matrix from registration software
• Monitor the robot motion (0.3mm accuracy)
• Display offsets relative to calculated final pos (6DOF)
• Send correction matrix to robot control solftware
Current Status
•in clinical routine since 2012
•Robot’s accuracy using Horus : 0.5 mm et 0.5°
•Project for install in IBA gantry room
•Other use cases…
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2nd treatment room
Imaging system
Varian Flat panel sensor
CPO acquisition software (MARS) for:
Acquisition
Image processing
Dicom export
Patient alignment
ROTAPLUS (2001)
Fiducial markers (6 DOF)
3D correction calculation to go
Correction link to positioner
Michel Auger - Sept 2014
Current Status
•Manual registration (6 DOF) in finalization (tests by med phys, debugging, documentation)
•Prospects (automatic registration, Eye treatment…)
•Install in 1st room scheduled for H&N
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Expériences de Radiobiologie (Plateforme Radiobiologie- F. Pouzoulet et al)
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Interactions-collaborations (sur le campus)
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- Partages d’expertises
- Partages de ressources (physiques, technologiques, …): (exemple
data center)
- Appel à Projets communs
- - …
Voir site WEB sur activités R&D avec correspondants
- http://protontherapie.curie.fr/fr/recherche-et-developpement
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L’équipe du Centre de protonthérapie
• Chef de service : Dr. R Dendale
• 7 Médecins à temps partiels.
• 6 Physiciens médicaux – resp Farid Goudjil
• 1 cadre de santé - H Colella Fleury
• 1 responsable Qualité&Radioprotection – S. Delacroix
• 10 manipulatrices, 3 secrétaires, 1 agent d’accueil
• 5 dosimetristes, 1 technicien de physique
• 15 personnes Equipe technique et d’ingénierie – Resp S. Meyroneinc
• Responsable administratif – C. Rochas : 2 personnes
• Département Radiothérapie: Dr A.Fourquet, A. Mazal
Total : 51
personnes
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sommaire
La Protonthérapie
Le Centre de Protonthérapie d’Orsay
Rappels historiques
Séquence 2010-1015
Processus de traitement
Retours d’expérience
Perspectives
pour la Protonthérapie
pour le CPO et l’Institut Curie
dans le cadre du Campus
Questions - discussions
Séminaire LAL 7 juillet 2015:
Nouvelles approches (et nouveaux besoins) en radiothérapie
by Yolanda Prezado (IMNC)
MERCI