Федеральное государственное бюджетное учреждение

«ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

имени А.А. ЛОГУНОВА

Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Тел.: (4967) 71-36-23Email: fgbu@ihep.ruАдрес: 142281, Московская область, город Протвино, площадь Науки, дом 1

Центр ионной лучевой терапии

Обширные клинические исследования в области лучевой терапии, выполненные в последнее время, доказали, что пучки протонов и особенно ионов углерода являются наиболее совершенным инструментом для лечения онкологических заболеваний.

Проектирование и строительство новых центров, сочетающих методы протонной и ионной лучевой терапии, ведется в Японии, Германии, Китае, CERN.

  • Использование в одном и том же центре, помимо пучков ионов углерода, пучков протонов незначительно усложняет проект, но расширяет возможности центров.
  • Обязательным является наличие медленного вывода пучка из ускорителя, позволяющего более эффективно и качественно использовать выведенный пучок.

Опыт показывает, что дороговизна протон-ионной лучевой терапии может быть существенно (5-10 раз) уменьшена, если

  • создавать специальные технические устройства, встроенные в уже функционирующие исследовательские ускорители так, чтобы не мешать проведению на них плановых исследований;
  • организация необходимого лечения больных разрабатывается и осуществлятеся в кооперации с квалифицированным медицинским учреждением, используя его научные и производственные возможности.

Анализ и специальные исследования ускорительного комплекса ИФВЭ показали, что после относительно небольшой модернизации комплекс может быть использован для создания медицинских пучков протонов и ионов углерода.

Сотрудниками ГНЦ ИФВЭ и МРНЦ был разработан Проект Центра протон-ионной лучевой терапии (ЦПИЛТ) на основе ускорительного комплекса ИФВЭ, имеющий существенную социальную значимость.

Проект прошел экспертизу, обсуждение. В настоящее время ведутся работы по реализации проекта.

Ускорительный комплекс ГНЦ ИФВЭ

Ускорительный комплекс ГНЦ ИФВЭ

Разработчики

ГНЦ ИФВЭ, г.Протвино Московской области:

- крупнейший российский научный центр по физике высоких энергий, имеющий действующий ускорительный комплекс на энергию протонов 76 ГэВ и уникальное производство;

МРНЦ, г.Обнинск Калужской области:

- крупнейшее научное и лечебно-диагностическое учреждение в области фундаментальной и клинической радиологии;

- головной Центр РФ по проблеме "Медицинская радиология и радиационная медицина"

Цель

Создание на базе ускорительного комплекса ИФВЭ Центра протон-ионной лучевой терапии для круглогодичного лечения пациентов с самыми сложными раковыми заболеваниями:

- пропускная способность 1000 пациентов в год.

Проект включает:

- модернизацию ускорительного комплекса;

- разработку технологии протон-ионной лучевой терапии.

Социальная значимость

отражает насущные потребности отечественного здравоохранения;

внедрение уже имеющихся в России высоких научных технологий в медицинскую практику;

- протон-ионная лучевая терапия будет ведущей в мире при лечении резистентных форм рака в первые десятилетия XXI века;

создание 200 рабочих мест для специалистов высокой квалификации:

- физики и инженеры по ускорительной и экспериментальной физики и электронной аппаратуре, инженеры-проектировщики, IT-персонал, исследовательский и обслуживающий медицинский персонал;

возможность параллельной работы ускорительного комплекса на физический эксперимент и лучевую терапию.

Стоимость

15-20% стоимости создания самостоятельного центра протон-ионной лучевой терапии,

- за счет уже существующего ускорительного комплекса и развитой инфраструктуры.

Финансирование

возможно привлечение внешних инвестиций с гарантией последующего долевого участия в лечении онкологических больных из других регионов России и других стран.

Сроки

Реализация - 2000-2009 г.г.

Окупаемость - 4-5 лет

Схема вывода пучков протонов и ядер С из ускорителя У-70

Схема вывода пучков протонов и ядер С из ускорителя У-70

Разработка

1997-1998 г.г. - создание концептуального Проекта.

Экспертиза

1998 г. -  анализ Проекта ведущими организациями в области адронной лучевой терапии - ОИЯИ, ИТЭФ, ИЯФ им. Г.И.Будкера:

получены положительные рецензии.

2000 г. - рассмотрение Проекта Комиссией по новой технике Министерства здравоохранения РФ:

получено заключение о целесообразности НИР по созданию Центра ПИЛТ на базе ГНЦ ИФВЭ,

утвержден медицинский соисполнитель - МРНЦ.

Обсуждение

1998 г. - XVI Всероссийское Совещание по ускорителям заряженных частиц.

2000 г. - XVII Всероссийское Совещание по ускорителям заряженных частиц.

2000 г. - Рабочее Совещание по проблеме создания аппаратуры и технологий для лучевой терапии (Колонтаево).

2001 г. - I Евразийский Конгресс по медицинской физике и инженерии (г.Москва).

2001 г. - X Международное Совещание по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине (г.Санкт-Петербург).

2004 г. - Международное Совещание по высокоинтенсивным физическим факторам в медицине и биологии (г.Саров).

2005 г. - Научный семинар ГНЦ ИФВЭ, научный семинар МИФИ.

Представления

09.12.2005 - Выставка в "Крокус Экспо" в рамках проводимого Полномочным представителем Президента РФ Г.С.Полтавченко совещания с главами регионов ЦФО.

08.02.2006 - Визит в ГНЦ ИФВЭ Губернатора Московской области Б.В.Громова и членов Правительства Московской области в рамках программы мероприятий, посвященных Дню российской науки.

Библиография

  • В.И.Безкровный, А.С.Гуревич, Г.А.Лосев, Ю.В.Миличенко, В.А.Пономаренко, Н.И.Правоторов, Г.А.Саматов, В.Н.Толпекин, П.И.Угорич, А.В.Феофилов (ГНЦ ИФВЭ).

Развитие режима вывода пучка из бустера ИФВЭ для прикладных исследований.

Сборник докладов XV Совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 1996.

  • Ю.М.Антипов, А.В.Василевский, А.П.Воробьев, А.С.Гуревич, И.И.Дегтярев, Ю.Г.Каршев, В.И.Кочетков, А.П.Мальцев, В.М.Мохов, Е.С.Нелипович, В.А.Пономаренко, В.И.Столповский, В.А.Тепляков, Е.Ф.Троянов, Н.Е.Тюрин, Ю.С.Федотов (ГНЦ ИФВЭ), Ю.С.Дмитриенко, А.Г.Коноплянников, В.Е.Ключ, С.Ю.Мардынский, А.Ф.Цыб (МРНЦ).

Медицинский облучательный центр с пучком ионов углерода на базе ускорительного комплекса ИФВЭ.

Сборник докладов XVI Совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 1998, т.2, с.212.

  • А.С.Гуревич, В.М.Мохов, Е.С.Нелипович, В.А.Пономаренко, В.И.Столповский, Е.Ф.Троянов (ГНЦ ИФВЭ).

Модернизация Бустера ИФВЭ для ускорения пучка ионов углерода.

Сборник докладов XVI Совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 1998, т.2, с.177.

  • Ю.М.Антипов, А.В.Василевский, А.П.Мальцев, В.А.Тепляков (ГНЦ ИФВЭ).

Модернизация линейного ускорителя И-100 для ускорения ионов углерода.

Сборник докладов XVI Совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 1998, т.2, с.197.

  • А.С.Гуревич, Ю.Г.Каршев, В.И.Столповский, Е.Ф.Троянов, Ю.С.Федотов (ГНЦ ИФВЭ).

Формирование пучков ионов углерода для медицинского облучательного Центра ИФВЭ.

Сборник докладов XVI Совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 1998, т.2, с.224.

  • Ю.М.Антипов, А.В.Василевский, А.П.Воробьев, А.С.Гуревич, И.И.Дегтярев, Ю.С.Дмитриенко, Ю.Г.Каршев, В.Е.Ключ, А.Г.Коноплянников, А.П.Мальцев, Ю.С.Мардынский, Е.С.Нелипович, С.И.Пилипенко, В.А.Пономаренко, В.И.Столповский, В.А.Тепляков, Е.Ф.Троянов, Н.Е.Тюрин, Ф.С.Федотов, А.Ф.Цыб.

Центр Протон-Ионной Лучевой Терапии в ИФВЭ (Развитие проекта).

Сборник докладов XVII Совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 2000, т.2, с.302.

  • Ю.М.Антипов, Б.А.Фролов, Ю.П.Горин, А.П.Мальцев, С.И.Пилипенко, В.А.Тепляков, В.С.Ваньев, А.В.Василевский (ГНЦ ИФВЭ).

Ускорение ионов в линейном ускорителе И-100.

Сборник докладов XVII Совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 2000, т.2, с.385.

  • Ю.М.Антипов, Ю.Г.Каршев, Е.Ф.Троянов, Ю.С.Федотов (ГНЦ ИФВЭ).

Вывод ионов углерода из протонного синхротрона ИФВЭ У-70 для ионной терапии.

Сборник докладов XVII Совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 2000, т.2, с.392.

  • Ю.М.Антипов, Н.Е.Анферов, В.А.Батарин, А.В.Василевский, Ю.П.Горин, А.С.Гуревич, В.В.Давыдов, Ю.Г.Каршев, Г.Ф.Кузнецов, А.П.Мальцев, C.И.Пилипенко, В.И.Столповский, В.А.Тепляков, Е.Ф.Троянов, Н.Е.Тюрин, Ю.С.Федотов, Б.А.Фролов (ГНЦ ИФВЭ), В.П.Белов, А.Ю.Константинов, Б.В.Рождественский, Ю.П.Севергин, И.А.Шукейло (НИИЭФА), Ю.С.Дмитриенко, В.Е.Ключ, А.Г.Коноплянников, Ю.C.Мардынский, А.Ф.Цыб (МРНЦ).

Работы по созданию центра протон-ионной лучевой терапии в ИФВЭ.

Препринт ИФВЭ 2001-52 ОУ У-70, Протвино, 2001.

  • Ю.М.Антипов, Н.Е.Анферов, В.А.Батарин, Ю.П.Горин, В.В.Давыдов, А.П.Мальцев, В.В.Нижегородцев, С.И.Пилипенко, Е.К.Стародубровский, А.В.Суренский, В.А.Тепляков, Е.Ф.Троянов, Н.Е.Тюрин (ГНЦ ИФВЭ).

Ускорение дейтронов в линейном ускорителе И-100.

Препринт ИФВЭ 2003-14, Протвино 2003.

Этап I:   2000-2007 г.г.

Создание экспериментального пучка протонов и ионов углерода, проведение исследований с пучком.

Выполненные работы:

Лазерный ионный источник для ускорителя И-100:

создан и проведены работы по оптимизации источника и форинжектора для ускорения ионов углерода;

Линейный ускоритель И-100:

экспериментально исследованы механизмы ускорения в И-100 ионов в режиме второй кратности;

найдены оптимальные параметры захвата;

получено устойчивое ускорение в И-100 дейтронов и ионов углерода;

Канал перевода частиц из И-100 в Бустер:

выполнены работы по инженерному проектированию канала;

изготовлено электрофизическое оборудование канала;

начат монтаж магнитооптических элементов канала в зале И-100.

Лазерный источник ионов

Лазерный источник ионов

Смонтированное оборудование канала перевода пучка в зале И-100

Смонтированное оборудование канала перевода пучка в зале И-100

Предстоящие работы:

Канал перевода частиц из И-100 в Бустер:

завершение монтажа (2006 г.);

Кольцевой ускоритель-Бустер:

модернизация Бустера для ускорения легких ионов (2005-2006 г.г.);

ускорение в Бустере ионных пучков и определение их характеристик (2007 г.);

Физико-технические и радиобиологические исследования на выведенном из Бустера ионном пучке (2007 г.).

Цель: получение экспериментальной информации о качестве пучка и проведения первоначальных физико-технических и медико-биологических исследований по отработке технологии радиологического лечения в этом пучке.

Этап II:   2007 г.

Составление окончательных требований к медицинскому пучку.

Доработка технического проекта Центра протон-ионной лучевой терапии для медицинского применения.

Тестовый вариант вывода пучка в медицинскую зону и определение его рабочих характеристик.

Этап III:   2007-2009 г.г.

Изготовление, монтаж и испытание элементов вывода, формирования и контроля пучка в медицинской зоне.

Монтаж оборудования процедурных помещений и пульта контроля пучка, помещений для приема и предварительной подготовки пациентов.

 

Лазерный ионный источник

Лазерный ионный источник

Анализ и исследования протонного ускорительного комплекса ИФВЭ по расширению его возможностей, проведенные в 1993-2003 г.г., позволили сделать вывод о реальности многоцелевого использования комплекса - как для фундаментальных, так и для прикладных исследований и для лучевой терапии.

Процесс исследований включал:

  • модернизацию ионного источника с дуговым разрядом для получения дейтронов;
  • создание новой установки - лазерного источника ионов углерода;
  • изучение процессов ускорения в И-100 дейтронов и затем ионов углерода;
  • математическое моделирование, создание и исследование новых устройств для установок ускорительного комплекса - ускорителей, систем вывода, каналов транспортировки пучка.

Модернизация комплекса предусматривает возможность оперативного перехода ускорительных установок от ускорения ионов к ускорению протонов. Сохраняется возможность одновременной работы инжекционного комплекса (И-100, УРАЛ-30 и Бустера) на текущую программу У-70 и собственные программы.

Это позволяет выполнять на ускорительном комплексе ИФВЭ в параллельном режиме следующие программы с использованием соответствующих пучков:

Тип пучка

Диапазон энергий

Программа

Релятивистский протонный пучок

до 70 ГэВ/протон

Фундаментальные исследования

Пучок 12C+6

5.4 ГэВ/нуклон

Лучевая терапия; Фундаментальные исследования

Протонный пучок

до 0.2 ГэВ/протон

Лучевая терапия; Облучение образцов (биологических, материаловедческих, радиохимических и др.)

Релятивистский дейтронный пучок

до 35 ГэВ/нуклон

Фундаментальные исследования

Дейтронный пучок

до 1 ГэВ/нуклон

Прикладные исследования в области ядерной энергетики (система "ускоритель + подкритический реактор")

Быстроцикличный синхротрон-бустер

Быстроцикличный синхротрон-бустер

Основной кольцевой синхротрон У-70

Основной кольцевой синхротрон У-70

Линейный ускоритель И-100

Линейный ускоритель И-100