A CERN és a gyógyítás. Ujvári Balázs Gamma Sugársebészeti Központ Debrecen ( )

Átírás

1 A CERN és a gyógyítás Ujvári Balázs Gamma Sugársebészeti Központ Debrecen ( ) 1

2 LHC GY OR SÍTÓ CMS,ATLAS WWW,GRID DETEKTT OR SZÁMS Á ÍTÓÓ GÉP S. Van der Meer (1984) gyorsító fejlesztés G. Charpak (1992) sokszálas detektor Sir Tim Berners Lee világháló Számítógép (robot vezérlés, képalkotás) Detektor Gyorsító Számítógép (robot vezérlés) Detektor 2

3 Három alapvető eszköz: Részecskegyorsítók Részecskedetektorok Számítógépek Hatalmas előrelépés nekik köszönhetően... a fizikában és M. S. Livingston és E. Lawrence a 25-coll átmérőjű ciklotronnal Orvosi diagnosztikában Sugárzásos rákkezelésben Fermi Geiger-Müller számlálója Rómában 3

4 1930: a ciklotron létrehozása Felgyorsított atommag spirális pályája Ernest Lawrence ( ) Modern ciklotron Másolat látható a CERN Microcosm kiállításán 4

5 A Lawrence-fivérek John Lawrence, Ernest fivére, orvos volt Mindketten Berkeley-ben dolgoztak Mesterséges izotóp első alkalmazása orvosi diagnosztikában A nukleáris medicina kezdete John H. Lawrence használt először mesterségesen előállított radioaktív 32 P-t a leukémia terápiájában (1936) Az interdiszciplináris környezet segíti az innovációt! 5

6 A világ működő gyorsítói GYORSÍTÓTÍPUS Nagyenergiás (E >1GeV) Szinkrotron sugárzó Radioizotópok készítése orvosi célra Sugárterápiás gyorsító Kutatógyorsítók orvosi kutatásokra Ipari alkalmazású gyorsítók Ion implanterek, felületkezelésre szolgálók ÖSSZESEN HASZNÁLATBAN (*) ~120 >100 ~200 > 7500 ~1000 ~1500 >7000 > (*) W. Maciszewski and W. Scharf: Int. J. of Radiation Oncology, 2004 A fele orvosi alkalmazásokat szolgál 6

7 Részecskedetektorok A részecskefizikusok "szeme" Megdöbbentő fejlődés az utóbbi néhány évtizedben Geiger -Müller számláló ATLAS és CMS! Létfontosságú sok orvosi alkalmazásban 7

8 A diagnosztika lényeges! Computer Tomography (CT) Detektor-sor Röntgen-cső körbe forog Az elektronsűrűség mérése Morfológiai (alaktan) információ 3D-ben! 8

9 Mágneses atommagrezonancia (NMR) Nukleonoknak van mágneses momentuma, külső mágneses tér hatására az állapot felhasad : Felix Bloch és Edward Purcell kidolgozza az NMR-t g 1954: Felix Bloch lett a CERN első főigazgatója 9

10 Az MRI-szkenner SZÁMÍTÓGÉPEK! Például: koponya rétegfelvételek Számítógépes kép- és adatfeldolgozás! 10

11 Pozitron-Emissziós Tomográfia (PET) 18 F-al jelzett FDG a leggyakoribb anyag (felezési idő 110 perc) A 18 F eloszlásának mérése 180- fokban kibocsátott fotonokkal Protonok ~15 MeV, ~50 A Információ: metabolizmus Gamma -detektorok (Pl. BGO kristályok) PET-tomográf PET-kép Ciklotron Gyorsító Detektor Számítógép 11

12 Metabolizmus-mérés PET-tel A drogfüggő agya passzívabb 12

13 Új diagnosztika: CT/PET morfológia metabolizmus David Townsend CERN: és Ronald Nutt (CTS CTI) 13

14 Fizikai alapkutatás: részecskék azonosítása Leadott energia: Bragg-csúcs L3 at LEP Orvosi alkalmazás rákkezelés hadronokkal Dr. Sükösd Csaba HTP augusztus

15 A hadronterápia alapelve Protonok 200 MeV 1 na 27 cm Tumor target Szénionok 4800 MeV 0.1 na Hadronnyaláb anyagban lassul Bragg-csúcs: maximális energiavesztés tumorban Jobb igazítás a tumor alakjához ép szövet kímélése Töltött hadronok jól terelhetők Nehéz ionok biológiai hatása nagyobb Dr. Sükösd Csaba HTP augusztus

16 Dóziseloszlás: aktív söpörtetés Hosszanti irány Transzverzális irány paciens lassú gyors nyaláb függőleges söpörtetés vízszintes söpörtetés nyaláb tumor térfogat Energia változtatása Új technika, jórészt a GSI-ben és PSI-ben fejlesztve Dr. Sükösd Csaba HTP augusztus

17 Protonterápiás állvány Dr. Sükösd Csaba HTP augusztus

18 The Loma Linda University Medical Center (USA) Az első kórházi protonterápiás centrum, ban épült napi ~160 kezelés ~1000 beteg/év Dr. Sükösd Csaba XXXIV. Fizikusnapok Debrecen

19 Mit tud csinálni egy részecskefizikán szocializálódott kutató a klinikákon? Szimulál (nem úgy értem.) Kiértékelő algoritmusokon dolgozik Álmodozik 19

20 Rotációs gammasugársebészeti rendszer 20

21 Geant szimuláció 21

22 Mit tanulunk egy szimulációból 22

23 Fantom 23

24 Töltésmennyiség (nc) Fantom besugárzása Szimuláció 10 millió gammával 0 b20 b16 b12 b8 b4 null j4 j8 j12 j16 j20 Mérési pozíció (mm) 24

25 El tudunk játszani egy kezelést 25

26 26

27 27

28 28

29 29

30 30

31 31

32 32

33 33

34 Hogyan lehetne ezt rendesen csinálni? Rengeteg térfogatot megvizsgálni, hogy melyik a legjobb kereső algoritmus Ez a legjobb eszköz (4,8,14,18 optimális?) Az eszköz geometriáját változtatva megkeresni a legjobbat Szuperszámítógép nem elég rugalmas Cloud computing, elosztott keresés, tanuló algoritmusok 34