В ОИЯИ обсудили перспективы создания

Научно-клинического центра протонной терапии

 

В начале апреля 2022 года на сайте дубнинского ОИЯИ рассказывалось о начале работ по созданию нового центра протонной онкотерапии на основе разрабатываемого сверхпроводящего медицинского циклотрона MSC-230. И вот:

 

... Состоялся визит представителей ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А. И. Бурназяна и специалистов ФГБУ «Федерального научно-клинического центра медицинской радиологии и онкологии» ФМБА России в ОИЯИ. Цель визита — обсуждение перспектив создания Научно-клинического центра протонной терапии в Дубне. Делегация ознакомилась с научной инфраструктурой ОИЯИ в Лаборатории радиационной биологии, Лаборатории ядерных проблем и Лаборатории ядерных реакций. В рамках визита прошло совещание, на котором были представлены доклады, посвященные созданию в Дубне центра протонной терапии. В удаленном формате участие в работе мероприятия приняли академик РАН, хирург-онколог Игорь Решетов и генеральный директор Федерального научно-клинического центра медицинской радиологии и онкологии ФМБА России Юрий Удалов.

На первом этапе развертывания проекта последовательно будет производится установка головного образца MSC-230 в ОИЯИ. Параллельно с этим будет формироваться программа по разработке новейших технологий протонной терапии и проведению радиобиологических исследований. Далее будет проведена регистрация изделия в стране местоположения ОИЯИ, России, и опытная эксплуатация на базе клинического центра в Дубне. Также будет проведено лицензирование и внедрение в клиническую практику передовых медицинских методик и технологий. На завершающем этапе будет принято решение о запуске в серийное производство с дальнейшей возможностью для поставки оборудования в клинические центры стран-участниц ОИЯИ и других партнерских стран.

«В условиях разработки проекта на базе российских технологий установка MSC-230, благодаря которой будут исследоваться новые методы лечения онкологических заболеваний, была бы очень важна для развития передовых медицинских технологий», — заявил Ширков в завершение выступления.

 

Александр Бугай, директор Лаборатории радиационной биологии, представил доклад по тематике радиобиологических исследований на пучках протонов. Естественным продолжением проекта центра, по мнению ученого, является программа как фундаментальных исследований, так и их приложений по развитию новых технологий методов протонной терапии. В ОИЯИ реализуется широкая исследовательская программа как по направлению фундаментальной радиобиологии, так и её приложений в радиационной медицине, исследованиях космоса, в областях радиационной безопасности и астробиологии. В ОИЯИ реализуются проекты на выведенных пучках ускорительного комплекса NICA и других экспериментальных установках, межлабораторные проекты в области биоинформатики, а также работы с биологическими объектами и клеточными культурами.

О статусе реализации проекта «Медицинский сверхпроводящий циклотрон MSC-230» доложил главный инженер ЛЯП ОИЯИ Сергей Яковенко. Проект разрабатывается совместно с НИИЭФА им. Д.В. Ефремова. На основе уникальной технологии ОИЯИ по производству сверхпроводящих магнитов в Объединенном институте будут созданы сверхпроводящие катушки и криогенная система для MSC-230. Изготовление ее основных частей, таких как сверхпроводящая обмотка магнита, криостат, гелиевый рефрижератор, будет проводится в течение 2024 года.

/привлечённое фото будущего циклотрона/

Далее ОИЯИ планирует разработку узлов управления подсистемами установки, а также изготовление системы вывода, резонансной и вакуумной систем циклотрона. Завершение строительства циклотрона MSC-230 запланировано на начало 2025 года.

 

Завершал программу выступлений доклад начальника сектора радиационной медицины и биологии ЛЯП Геннадия Мицына, посвященный особенностям формирования пучка для проведения протонной флэш-терапии на ускорителе MSC-230. Метод флэш-терапии предполагает подведение терапевтической дозы облучения к опухолевому объему при сверхвысокой мощности дозы в пучке, на несколько порядков превышающей обычно используемую при стандартной радиотерапии. В таком режиме облучения уменьшается степень повреждения нормальных тканей, окружающих опухоль и попадающих под действие излучения, но в то же время воздействие на раковые клетки сохраняется практически на прежнем уровне, что улучшает перспективу локального контроля опухоли при меньшей частоте возникновения побочных эффектов.

 

Некоторые идеи и решения для реализации нового проекта удалось проверить на пучках ныне выведенного из эксплуатации фазотрона ОИЯИ с энергией протонов 660 МэВ и максимальным током 1 мкА. Задачей было сформировать пучок однородный в сечении диаметром, достаточным для облучения как клеточных культур, так и малых лабораторных животных, таких как мыши и крысы, и с мощностью дозы, необходимой для излучения флэш-эффекта (не менее 40-50 Гр/сек). Кроме того, такой пучок также был полезен для тестирования различных создаваемых детекторов для дозиметрии в условиях сверхвысоких мощностей дозы в плане реализации будущего проекта.

 

Итоги работы совещания были подведены во время дискуссии, в ходе которой участники обсудили планы и дальнейшую стратегию развития центра протонной терапии в Дубне.

 

См. оригинальный текст и фото - на сайте ОИЯИ здесь

 

Медицинский циклотрон MSC-230, создаваемый в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна), станет прорывной машиной для флэш-терапии онкологических больных, при которой излучение точно и недолго воздействует на опухоль при сверхвысокой мощности дозы. 

Ускоритель будет представлять собой сверхпроводящий изохронный протонный циклотрон для лучевой терапии пациентов с онкологическими заболеваниями и проведения медико-биологических исследований, сообщила пресс-служба ОИЯИ. MSC-230 предназначен для протонной флэш-терапии, методы которой в ОИЯИ изучают с 2020 года. Изохронный циклотрон MSC-230 – это ускоритель с непрерывным пучком протонов. Данная характеристика делает циклотрон наиболее перспективным типом ускорителя именно для флэш-терапии.

Методика флэш заключается в быстрой и точной доставке необходимой дозы излучения до опухоли при сверхвысокой мощности дозы. Обычная лучевая терапия использует мощность дозы от 1 до 7 Гр/с, а флэш-облучение проводится при мощности дозы свыше 40 Гр/с за время меньшее, чем полсекунды. Практически вся доза протонов выделяется точно в цель в конце пробега пучка, в так называемом пике Брэгга. Это позволяет в течение сеанса флэш-терапии сохранить здоровую ткань, усиленно воздействуя только на опухоль. Метод позволяет на порядок сократить количество процедур лечения: с 10–30 до 1–3. В настоящий момент инновационный метод флэш-терапии проходит в мире стадию доклинических исследований. Однако он открывает такие богатые перспективы, что новейшие медицинские ускорители уже разрабатываются непосредственно под этот метод лечения.

«Поскольку при методике флэш происходит облучение ударной дозой заряженных частиц за очень короткий промежуток времени, для этого становится необходимой высокая интенсивность пучка. Перспективы флэш-терапии определили актуальность именно изохронного циклотрона как ускорителя, способного её обеспечить», — рассказывает Галина Карамышева, доктор физико-математических наук, начальник Научно-экспериментального отдела новых ускорителей Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ, где и был создан проект  MSC-230. 

«Проект не возник с нуля, он опирается на опыт работы ОИЯИ с Институтом физических наук Хэфэй (Китай), в сотрудничестве с которыми мы разрабатывали проект циклотрона SC200, из которого недавно был впервые выведен пучок протонов. Мы также совместно с компанией IBA (Бельгия) разрабатывали циклотроны для адронной терапии, один из них работает сейчас в Димитровграде», — пояснила Галина Карамышева. Оба эти ускорителя не были рассчитаны на использование метода флэш: для этого у них слишком маленькая интенсивность пучка, что не позволяет достичь требуемой мощности дозы. По этой же причине использование для флэш-терапии уже существующих протонных медицинских ускорителей ограничено. Именно отсутствие на рынке готовых решений сподвигло команду специалистов развивать в Объединенном институте ядерных исследований собственный проект. Он получил название MSC-230, поскольку будет иметь максимальную энергию протонного пучка в 230 МэВ – для реализации протонной терапии необходимо ускорить пучок протонов до энергий 60–230 МэВ. 

Циклотрон будет включать в себя магнитную систему из расположенных симметрично медианной плоскости четырех пар секторов магнита и ярма магнита со сверхпроводящими обмотками основных катушек, при этом в зоне вывода форма секторов магнита некруглая и повторяет форму орбиты ускоряемых частиц. В конструкцию ускорителя также заложены сверхпроводящие технологии, разработанные в Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ.  Ускоритель будет компактным: 3,5 м диаметром и 1,7 м в высоту и с   небольшим по сравнению с аналогами весом магнита – 94 т.

MSC-230 будет иметь ряд технических преимуществ перед другими медицинскими циклотронами: высокий темп ускорения, который обеспечивается четырьмя резонаторами, позволяющими избежать потерь в процессе ускорения; внутренний источник протонов, способный обеспечить в невысоком поле высокий коэффициент захвата в ускорение; низкий уровень магнитного поля, являющийся преимуществом для обеспечения высокой интенсивности пучка и способствующий более простому выводу пучка из ускорителя; фаска вдоль траектории пучка, которая позволит организовать его эффективный вывод.

«В любом циклическом ускорителе самым сложным действием является вывести пучок, поэтому любое улучшение условий для вывода пучка значимо, — прокомментировала Галина Карамышева. – Фаска по сектору вдоль траектории позволит максимально довести пучок дальше по радиусу, что способствует эффективному выводу. Вывод пуска с меньшим напряжением на дефлекторе позволит увеличить надежность работы дефлектора и добиться большей эффективности вывода. Чтобы получить высокоинтенсивный пучок на выходе из ускорителя, необходимо иметь эффективный источник протонов, обеспечить эффективный захват пуска в ускорение в центральной области циклотрона, эффективный вывод и добиться отсутствия потерь в процессе ускорения. И всему этому способствует именно низкий уровень магнитного поля изохронного циклотрона и та самая фаска вдоль траектории, которая была запатентована». 

В апреле 2022 года был заключен договор между ОИЯИ и АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова» на разработку и изготовление ускорительного комплекса на базе сверхпроводящего циклотрона MSC-230. Договором предусмотрены разработка технической документации, изготовление узлов и систем ускорителя, его сборка, наладка и пробный запуск в «НИИЭФА», последующая транспортировка в ОИЯИ, сборка и полномасштабный запуск в Дубне через два года.

Опубликовано:  «Медицинская газета» - 01/03/2023

Медицинский циклотрон MSC-230, создаваемый в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, Дубна), станет прорывной машиной для флэш-терапии онкологических больных, при которой излучение точно и недолго воздействует на опухоль при сверхвысокой мощности дозы. 

Ускоритель будет представлять собой сверхпроводящий изохронный протонный циклотрон для лучевой терапии пациентов с онкологическими заболеваниями и проведения медико-биологических исследований, сообщила пресс-служба ОИЯИ. MSC-230 предназначен для протонной флэш-терапии, методы которой в ОИЯИ изучают с 2020 года. Изохронный циклотрон MSC-230 – это ускоритель с непрерывным пучком протонов. Данная характеристика делает циклотрон наиболее перспективным типом ускорителя именно для флэш-терапии.

Методика флэш заключается в быстрой и точной доставке необходимой дозы излучения до опухоли при сверхвысокой мощности дозы. Обычная лучевая терапия использует мощность дозы от 1 до 7 Гр/с, а флэш-облучение проводится при мощности дозы свыше 40 Гр/с за время меньшее, чем полсекунды. Практически вся доза протонов выделяется точно в цель в конце пробега пучка, в так называемом пике Брэгга. Это позволяет в течение сеанса флэш-терапии сохранить здоровую ткань, усиленно воздействуя только на опухоль. Метод позволяет на порядок сократить количество процедур лечения: с 10–30 до 1–3. В настоящий момент инновационный метод флэш-терапии проходит в мире стадию доклинических исследований. Однако он открывает такие богатые перспективы, что новейшие медицинские ускорители уже разрабатываются непосредственно под этот метод лечения.

«Поскольку при методике флэш происходит облучение ударной дозой заряженных частиц за очень короткий промежуток времени, для этого становится необходимой высокая интенсивность пучка. Перспективы флэш-терапии определили актуальность именно изохронного циклотрона как ускорителя, способного её обеспечить», — рассказывает Галина Карамышева, доктор физико-математических наук, начальник Научно-экспериментального отдела новых ускорителей Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ, где и был создан проект  MSC-230. 

«Проект не возник с нуля, он опирается на опыт работы ОИЯИ с Институтом физических наук Хэфэй (Китай), в сотрудничестве с которыми мы разрабатывали проект циклотрона SC200, из которого недавно был впервые выведен пучок протонов. Мы также совместно с компанией IBA (Бельгия) разрабатывали циклотроны для адронной терапии, один из них работает сейчас в Димитровграде», — пояснила Галина Карамышева. Оба эти ускорителя не были рассчитаны на использование метода флэш: для этого у них слишком маленькая интенсивность пучка, что не позволяет достичь требуемой мощности дозы. По этой же причине использование для флэш-терапии уже существующих протонных медицинских ускорителей ограничено. Именно отсутствие на рынке готовых решений сподвигло команду специалистов развивать в Объединенном институте ядерных исследований собственный проект. Он получил название MSC-230, поскольку будет иметь максимальную энергию протонного пучка в 230 МэВ – для реализации протонной терапии необходимо ускорить пучок протонов до энергий 60–230 МэВ. 

Циклотрон будет включать в себя магнитную систему из расположенных симметрично медианной плоскости четырех пар секторов магнита и ярма магнита со сверхпроводящими обмотками основных катушек, при этом в зоне вывода форма секторов магнита некруглая и повторяет форму орбиты ускоряемых частиц. В конструкцию ускорителя также заложены сверхпроводящие технологии, разработанные в Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ.  Ускоритель будет компактным: 3,5 м диаметром и 1,7 м в высоту и с   небольшим по сравнению с аналогами весом магнита – 94 т.

MSC-230 будет иметь ряд технических преимуществ перед другими медицинскими циклотронами: высокий темп ускорения, который обеспечивается четырьмя резонаторами, позволяющими избежать потерь в процессе ускорения; внутренний источник протонов, способный обеспечить в невысоком поле высокий коэффициент захвата в ускорение; низкий уровень магнитного поля, являющийся преимуществом для обеспечения высокой интенсивности пучка и способствующий более простому выводу пучка из ускорителя; фаска вдоль траектории пучка, которая позволит организовать его эффективный вывод.

«В любом циклическом ускорителе самым сложным действием является вывести пучок, поэтому любое улучшение условий для вывода пучка значимо, — прокомментировала Галина Карамышева. – Фаска по сектору вдоль траектории позволит максимально довести пучок дальше по радиусу, что способствует эффективному выводу. Вывод пуска с меньшим напряжением на дефлекторе позволит увеличить надежность работы дефлектора и добиться большей эффективности вывода. Чтобы получить высокоинтенсивный пучок на выходе из ускорителя, необходимо иметь эффективный источник протонов, обеспечить эффективный захват пуска в ускорение в центральной области циклотрона, эффективный вывод и добиться отсутствия потерь в процессе ускорения. И всему этому способствует именно низкий уровень магнитного поля изохронного циклотрона и та самая фаска вдоль траектории, которая была запатентована». 

В апреле 2022 года был заключен договор между ОИЯИ и АО «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова» на разработку и изготовление ускорительного комплекса на базе сверхпроводящего циклотрона MSC-230. Договором предусмотрены разработка технической документации, изготовление узлов и систем ускорителя, его сборка, наладка и пробный запуск в «НИИЭФА», последующая транспортировка в ОИЯИ, сборка и полномасштабный запуск в Дубне через два года.

Опубликовано:  «Медицинская газета» - 01/03/2023