L'esperimento INSIDE: un nuovo metodo per controllare la qualità dei trattamenti dei tumori con fasci di ioni

Vista del sistema INSIDE nella sala di trattamento 1 del CNAO. Sono visibili la testa PET inferiore e il tracciatore di particelle cariche rispettivamente sotto e sopra la maschera del paziente sul lettino di trattamento.

Pavia, 30 luglio 2019. Al Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO) vi è grande entusiasmo nel team di ricercatori della collaborazione Innovative Solutions for In-beam DosimEtry in hadrontherapy (INSIDE). Il primo sistema bi-modale, progettato per osservare cosa succede all'interno del paziente durante un trattamento di terapia con particelle (TP), è entrato nella fase di sperimentazione clinica.

La TP permette di irraggiare con grande precisione le zone tumorali utilizzando fasci di protoni o carbonio. L'apparato INSIDE, realizzato dalla collaborazione tra il CNAO, l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), il Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche "Enrico Fermi" (Centro Fermi) e le Università di Torino, Pisa, Bari e Roma "La Sapienza", permetterà di monitorare in tempo reale la qualità del trattamento erogato, visualizzando il percorso dei fasci di protoni e carboni nel paziente con precisione millimetrica. L'obiettivo finale è quello di verificare che la dose prescritta venga realmente rilasciata nel volume tumorale, preservando i tessuti sani circostanti e gli organi a rischio che possono essere danneggiati come effetto collaterale della terapia.

Il principio di funzionamento è semplice: durante la TP il passaggio degli ioni all'interno del paziente è accompagnato dall'emissione di particelle secondarie, prodotte dalle interazioni nucleari tra gli ioni del fascio e i tessuti del paziente. INSIDE sfrutta la rivelazione sia di fotoni di annichilazione (dovuti alla produzione di emettitori β⁺) che di protoni secondari: con entrambe le tecniche l’identificazione della posizione di emissione di queste radiazioni fotografa il percorso degli ioni del fascio all’interno del paziente in modo da evidenziare il pattern del rilascio di dose ed eventualmente rimodulare la terapia. In questo schema la mappa di attività degli emettitori β⁺ viene misurata da due rivelatori PET planari realizzati con cristalli scintillanti di Lutetium Fine Silicate e accoppiati a dei SiPM (Silicon PhotoMultiplier), mentre contemporaneamente un rivelatore di 8 piani di fibre plastiche scintillanti lette da dei SiPM viene utilizzato per tracciare i frammenti carichi e ricostruirne la posizione di emissione.

La sperimentazione clinica del sistema INSIDE vedrà coinvolti circa 40 pazienti affetti da patologie differenti e permetterà di studiare l'efficacia di identificazione di insorgenze di tossicità nel paziente che alterino la distribuzione della dose rispetto a quanto previsto nel piano di trattamento. Fra le patologie selezionate vi sono l'adenocarcinoma cistico e il carcinoma rinofaringeo, neoplasie per le quali i dati clinici indicano la possibilità di tossicità collaterali alle cavità nasali durante lo svolgimento del trattamento, che può durare anche 4 settimane. La sperimentazione comprenderà anche il meningioma e il cordoma alla base del cranio per i quali invece non ci si aspetta tossicità o variazioni morfologiche significative.

L'insieme dei dati sperimentali raccolti permetterà non solo di stabilire la sensibilità della tecnica di monitoraggio online ma anche di affinare procedure e protocolli necessari all'adozione di questa nuova tecnica nella pratica clinica, completando così il percorso virtuoso che porta dagli sforzi della ricerca fondamentale all'applicazione di nuova tecnologia alla nostra vita quotidiana.