ITCO20130036A1

ITCO20130036A1 - ¿sistema di acceleratori di ioni per il trattamento della fibrillazione atriale¿

Info

Publication number: ITCO20130036A1
Application number: IT000036A
Authority: IT
Inventors: Ugo Amaldi
Original assignee: Fond Per Adroterapia Oncologi Ca Tera
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2015-02-23
Also published as: CA2925664C; US20200023202A1; US20210299475A1; RU2672860C2; WO2015025203A1; RU2016110165A; RU2016110165A3; US20150057484A1; CN111405742A; CN105659709B; BR112016003682A2; CN105659709A; RU2018140007A; EP3036978A1; US10981020B2; CA2925664A1; US10363439B2; BR112016003682B1

Description

1 Studio Ireneo Zanella

(1-510) “Impiego di un sistema di acceleratori di ioni per il trattamento della fibrillazione atriale”

Richiedente: Fondazione per Adroterapia Oncologica - TERA Inventore: Ugo Arnaldi

Descrizione dell’invenzione

Campo deirinvenzione

La presente invenzione si riferisce all’impiego di un sistema o complesso di acceleratori di ioni per il trattamento della fibrillazione atriale (FA) secondo il preambolo della rivendicazione 1 , laddove il trattamento della fibrillazione atriale ha luogo tramite la nota scansione per “spot” e la tecnica detta “delle multi-pennellate”.

Sfondo tecnologico e tecnica nota

È noto che la terapia adronica è la moderna radioterapia per il cancro che utilizza fasci di protoni o di particelle nucleari cariche più pesanti con numero di massa atomica maggiore di 1.

Alcuni anni fa fu proposto di usare, con tecniche analoghe, gli stessi fasci per il trattamento della fibrillazione atriale.

La fibrillazione atriale

Nelle persone anziane la fibrillazione atriale è il tipo più comune di aritmia del cuore e un elevato fattore di rischio d’infarto. Il rischio di sviluppare una fibrillazione atriale nel corso della vita è del 25%. La 2 Studio Ireneo Zanella

prevalenza aumenta dallo 0,1%, per gli adulti di età inferiore ai 55 anni, al 9,0%, per le persone di più di 80 anni. L'età mediana delle persone con fibrillazione atriale è 67 anni per gli uomini e 75 anni per le donne e - in media - circa Γ 1% della popolazione soffre di fibrillazione atriale. Si prevede che questa percentuale aumenterà di 2.5 volte durante i prossimi 50 anni, come riflesso della proporzione crescente di persone anziane. Negli Stati Uniti ogni anno circa 3 milioni di persone hanno un episodio di FA e circa il 20% di tutti gli infarti (75.000/anno) può essere attribuito a FA; il costo complessivo del trattamento di FA è di circa 7 miliardi di dollari all'anno. In Europa il costo è circa Γ1 % della spesa sanitaria annua. Attualmente le opzioni per trattamento della FA sono: farmaci per controllare la fibrillazione atriale, farmaci per ridurre il rischio di infarto, cardio-versione (trattamento con shock elettrico), ablazione con catetere e impianto di pace-maker.

L’ablazione con catetere interrompe i circuiti elettrici anormali nel cuore. Diversi cateteri sono guidati, attraverso le vene del paziente, fino nel cuore, dove registrano l'attività elettrica. Quando l’origine dell'anomalia viene individuata, una sorgente di energia (ad esempio radio-onde ad alta frequenza che generano il calore) viene trasmessa tramite uno dei cateteri per distruggere il tessuto.

Questa tecnica è invasiva e rifiutata da molti pazienti.

Secondo l’inventore l’uso, recentemente proposto, di fasci di adroni carichi, per distruggere i collegamenti elettrici pericolosi nel cuore, potrebbe costituire una preziosa alternativa non invasiva. Inoltre, essa 3 Studio Ireneo Zanella

sarebbe attuata senza anestesia e il paziente non sentirebbe nulla, come durante una sessione di radioterapia tumorale. Documenti rilevanti nel settore sono:

• Ch. Bert, R. Engenhart-Cabillic, and M. Durante, Particle therapy far non-cancer diseases, Med. Phys. 39 (2012) 1716.

• A. Constantinescu, H.I. Lehmann, C. Graeff, D. Packer, M. Durante, and C. Bert, Influence of cardiac motion on pulmonary veìns far thè noninvasive treatment of atrial fìbrillation with a scanned carbon ion beam, GSI Scientific Report 2012, p. 472.

L'uso di fasci di adroni per il trattamento della FA è una tecnica nuova, che è una estensione naturale della tecnica basata su fasci di raggi X discussa, per esempio, in:

• A. Sharma, D. Wong, G. Weidlich, T. Fogarty, A. Jack, T. Sumanaweera, and P. Maguire, Non-invasive stereotactic radiosurgery (CyberHeart) far creation of ablatìon lesions in thè atrìum , Heart Rhythm 7 (2010) 802.

• R. M. Sullivan and A. Mazur, Stereotactic robotic radiosurgery (CyberHeart): A cyber revolution in cardiac ablation? Heart Rhythm 7 (2010) 811.

Gli adroni sono decisamente preferibili ai raggi X a causa della localizzazione ben migliore della dose erogata a causa del picco di Bragg, nel quale - alla fine del percorso delle particelle cariche nel corpo del paziente - nel corpo del paziente è deposta la maggiore densità di energia; questa è la stessa proprietà per la quale i protoni sono migliori dei raggi X nei trattamenti dei tumori solidi che si trovano vicino a organi critici.

4 Studio Ireneo Zanella

Negli studi preliminari in corso su questa nuova tecnica la dose è data con precisione sub-millimetrica "pennellando" (“painting” in inglese) con lo "spot" di Bragg i tessuti bersaglio del cuore che batte. Nel far ciò è necessario variare rapidamente - prima di inviare ogni singolo spot - le sue due posizioni trasversali e anche la sua profondità in modo da compensare i movimenti dovuti (i) al ciclo di respirazione e (ii) al battito cardiaco del paziente.

Pertanto qualsiasi trattamento ottimale futuro dovrà includere un sistema di controreazione (“feedback”) tridimensionale , per ridurre indesiderati irraggiamenti dei tessuti sani circostanti limitando la dose al bersaglio voluto e per trattare il paziente in breve tempo.

Secondo molti esperti che studiano questa nuova tecnica gli ioni carbonio sono da preferire ai protoni perché hanno tre volte meno diffusione multipla e dispersione, cosicché lo spot copre un volume che è circa dieci volte inferiore. Tuttavia l'acceleratore necessario è molto più grande perché - a parità di penetrazione nel corpo del paziente - la rigidità magnetica degli ioni carbonio è tre volte più grande della rigidità magnetica del corrispondente fascio di protoni.

Si osserva che nel campo della terapia del cancro con fasci di adroni vengono utilizzati due tipi di acceleratori: ciclotroni (isocroni o sincrociclotroni; convenzionali o superconduttori) e sincrotroni, e diverse aziende offrono centri di trattamento chiavi in mano per la terapia con protoni e/o ioni carbonio basata su tali acceleratori. Questi sono gli acceleratori che gli scienziati che stanno sperimentando l'uso di protoni e ioni nel trattamento della FA utilizzano o prevedono di utilizzare.

5 Studio Ireneo Zanella

L’inventore ha già proposto acceleratori lineari (linac) per la terapia del cancro sia con protoni sia con ioni leggeri:

1) U.S. Patent No. 6,888,326 B2 “ Linac for lon Beam Acceleration, U. Arnaldi, M. Crescenti, R. Zennaro.

2) U.S. Patent 7,554,275 B2 “ Proton Accelerator Complex for Radioisotopes and Therapy, U. Arnaldi.

4) US Patent 8,405,056 B2 ‘7 on Accelerator System for Hadrontherapy, Inventors: U. Arnaldi, S. Braccini, G. Magrin, P. Pearce, R. Zennaro.

Linac simili presentano molti vantaggi nella terapia del cancro. L’inventore ha ora rilevato che detti linac presentano vantaggi anche nei nuovi sviluppi riguardanti il trattamento della FA.

Sommario deirinvenzione

Lo scopo principale della presente invenzione è quello di proporre l’impiego di un sistema di acceleratori di ioni per il trattamento della fibrillazione atriale con particelle cariche, il quale non presenta i limiti ed inconvenienti della tecnica nota e si possono utilizzare apparecchiature sostanzialmente note e di esecuzione compatta e più leggera, richiedente una minore superficie di installazione, per cui viene facilitata l’installazione in centri ospedalieri.

Questo scopo viene raggiunto con l’impiego di un sistema di acceleratori di ioni per il trattamento della fibrillazione atriale che presenta le caratteristiche della rivendicazione 1.

6 Studio Ireneo Zanella

Ulteriori sviluppi vantaggiosi sono rilevabili dalle rivendicazioni dipendenti;

Con l’impiego di un sistema di acceleratori di ioni per il trattamento della fibrillazione atriale con particelle cariche secondo l’invenzione sono ottenibili numerosi e importanti vantaggi, i quali sono rilevabili dal seguito insieme a diversi aspetti dell’invenzione.

Secondo l’invenzione gli impianti proposti sono basati su linac per adroni che funzionano ad alta frequenza e alto gradiente; essi sono fatti di molte “unità acceleranti” alimentate separatamente. Tali linac possono accelerare qualsiasi tipo di ione.

Nell’ambito della presente invenzione l’inventore ha ulteriormente rilevato che ioni elio sono particolarmente interessanti perché richiedono, per essere accelerati, un linac molto più corto rispetto agli ioni carbonio, mentre producono spot che hanno dimensioni trasversali e longitudinale più piccole di un fattore due rispetto agli spot di un fascio di protoni, che deposita alla stessa profondità nel corpo del paziente la stessa dose.

Per soddisfare le esigenze sopra descritte, secondo la presente invenzione, gli ioni, e in particolare gli ioni elio, sono accelerati all’energia necessaria per i trattamenti di fibrillazione atriale da una o più sezioni di linac operanti ad alta-frequenza, cioè a frequenze superiori a 1 GHz.

Le tipiche energie cinetiche massimali sono quelle corrispondenti a un percorso degli ioni in acqua pari a 180 mm: 160 MeV per i protoni, 640 MeV (160 MeV/u) per gli ioni di elio e 3600 MeV (300 MeV/u) per gli 7 Studio Ireneo Zanella

ioni carbonio. I corrispondenti integrali del campo elettrico accelerante sono 160 MV, 320 MV e 600 MV.

I linac ad alta frequenza per ioni possono funzionare con alti gradienti acceleranti (fino a 40-50 MV/m) e quindi sono necessarie, per raggiungere queste energie, strutture acceleranti di lunghezza limitata.

Tuttavia, questi numeri mostrano immediatamente che un linac di ioni elio per fibrillazione atriale è circa due volte più lungo di un linac per protoni e un linac per ioni carbonio è circa due volte più lungo di un linac per ioni elio.

L'iniettore del linac ad alta frequenza (qui denominato "pre-acceleratore") può essere sia un acceleratore lineare specifico per gli ioni di bassa velocità sia un acceleratore circolare (ciclotrone, sincrociclotrone, FFAG o altro) oppure una combinazione di due o più di questi ben noti acceleratori.

II fascio di uscita del linac per FA è pulsato e gli impulsi sono lunghi 3-5 microsecondi; essi si susseguono con un tasso di ripetizione che varia, a seconda delle necessità, tra 10 Hz e 400 Hz.

Nell’ultimo linac finale, l'energia (e quindi la profondità di deposizione) di ogni spot può essere regolata spegnendo un certo numero di unità e variando la potenza e la fase degli impulsi di energia a radiofrequenza che sono inviati alle ultime unità attive. In questo modo il linac è l’acceleratore ideale per un sistema di diffusione 'attiva' della dose: l'energia degli ioni di uh impulso e il numero di ioni che lo formano possono essere regolate, elettronicamente e in pochi millisecondi, impulso dopo impulso.

8 Studio Ireneo Zanella

L’energia è aggiustata agendo sugli impulsi di potenza e sulle fasi inviate alle unità acceleranti, come detto sopra, e il numero di ioni è regolato, di solito, agendo sulle lenti elettrostatiche della sorgente di particelle, che, come menzionato, produce impulsi lunghi 3-5 microsecondi a un tasso di ripetizione compreso, secondo le necessità, tra 10 Hz e 400 Hz.

Inoltre, dato l’elevato tasso di ripetizione, ogni "voxel<M>del tessuto bersaglio può essere visitato almeno dieci volte in quella modalità di trattamento o tecnica che in inglese viene spesso chiamata "multipainting" (multi-pennellante).

Il trattamento ottimale della fibrillazione atriale è ottenuto combinando il multi-painting con un sistema di feedback tridimensionale.

Deve essere sottolineato che in un ciclotrone la regolazione dell'energia è ottenuta spostando meccanicamente idonei assorbitori, ciò che provoca l’indesiderata attivazione del materiale circostante e richiede più di 10 metri di magneti per “pulire” il fascio a valle degli assorbitori stessi. Inoltre il movimento di detti assorbitori richiede tipicamente 100 millisecondi. La regolazione tridimensionale elettronica rapida della posizione dello spot non è neanche fattibile con un sincrotrone, poiché l'energia è solitamente cambiata a ogni ciclo di accelerazione, cioè tipicamente ogni uno o due secondi.

In sintesi, un linac ad alta frequenza è superiore a tutti gli altri tipi di acceleratori perché l'energia del fascio può essere variata da impulso a impulso (cioè ogni pochi millisecondi) insieme al numero di particelle rilasciate al bersaglio tumorale (che è fissato agendo sulla sorgente delle particelle a energia molto bassa).

9 Studio Ireneo Zanella

La struttura, nel tempo e in intensità, del fascio pulsato con un alto tasso di ripetizione è particolarmente adatta alla distribuzione della dose nei trattamenti di fibrillazione atriale, in quanto migliora con il multi-painting la tecnica dello 'spot scanning' usata al Centro PSI, Paul Scherrer Institute, Villigen, Svizzera (E. Pedroni et al, The 200 MeV proton therapy project at thè Paul Scherrer Institute: conceptual design and practical realisation, Medicai Physics, 22(1), (1995) 37).

In aggiunta alla struttura ottimale di tempo e d’intensità del fascio di ioni, l'uso di linac per ioni ad alto gradiente secondo l'invenzione presenta altri vantaggi.

Prima di tutto l'acceleratore è più leggero, più facile da trasportare e installare rispetto ai sincrotroni e ai ciclotroni esistenti ed è caratterizzato da una struttura modulare composta dalle stesse unità di alta tecnologia, ripetuta quasi senza variazione per ogni modulo di accelerazione. In secondo luogo, il sistema proposto è compatto, quindi sono necessari minimi volumi e superfici, e pertanto è facilitata l'installazione in centri ospedalieri.

Inoltre, l'alta frequenza del linac implica un basso consumo di potenza, che si riflette in ridotti costi di funzionamento.

In sintesi, rispetto agli altri acceleratori per adroni, che possono essere utilizzati per trattamenti di fibrillazione atriale, la presente invenzione permette di costruire un impianto compatto con consumo a bassa potenza, che fornisce la dose con tecnica multi-painting tridimensionale di scansione e feedback per compensare i movimenti del cuore irradiato.

10 Studio Ireneo Zanella

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, un complesso di acceleratori di questo tipo è utilizzabile anche per trattare con fasci di protoni (e di altri ioni) le malformazioni artero-venose (MAV) e le lesioni epilettiche focali, come discusso, per esempio, in F.J.A.I. Vemimmen et al., Stereotactic proton beam therapy for intracranìal arteriovenous malformations, Int J Radiat Oncol Biol Phys 62 (2005) 44, e in M. Quigg et al., Radiosurgery for epilepsy: clinical experience and potential antiepileptic mechanisms, Epilepsia 53 (2012) 7.

Breve descrizione del disegno

Ulteriori vantaggi dell’impiego di un sistema di acceleratori di ioni per il trattamento della fibrillazione atriale, nonché, dettagli e caratteristiche del sistema di accelerazione per ioni per la terapia della FA secondo l'invenzione risultano dalla seguente descrizione con riferimento ad una forma di esecuzione preferita del sistema di acceleratori di ioni dell'invenzione, illustrata schematicamente a titolo di esempio nel disegno allegato.

Con riferimento all’unica figura del disegno, gli elementi principali dell’impianto o complesso di acceleratori di adroni secondo l’invenzione per il trattamento della fibrillazione atriale sono i seguenti:

1. Una sorgente di ioni, che produce impulsi di ioni lunghi circa 5 microsecondi a tassi di ripetizione compresi tra 10 Hz e 400 Hz;

2. Un canale magnetico di trasporto del fascio di bassa energia (LEBT = Low Energy Beam Transport);

11 Studio Ireneo Zanella

3. Un pre-acceleratore, che può essere sia una Quadrupolo a Radiofrequenza (RFQ) o un ciclotrone o un sincrociclotrone o un tipo speciale di linac capace di accelerare adroni molto lenti;

4. Un canale magnetico di trasporto del fascio di media energia (MEBT = Medium Energy Beam Transport);

5. Una prima sezione linac, ad una radiofrequenza superiore a 1 GHz; 6. Una seconda sezione linac, funzionante a una radiofrequenza che può essere un multiplo di quella della prima sezione linac;

7. Una terza sezione linac con una frequenza che può essere un multiplo di quella della seconda sezione linac;

8. Un canale magnetico di trasporto del fascio di alta energia (HEBT = High Energy Beam TransportO), che porta il fascio accelerato alle sale di trattamento del paziente;

9. Un magnete ‘fan-out’ che, nella forma di esecuzione preferita, invia gli impulsi di fascio, di energia e intensità variabile, alle sale di trattamento; 10. Un insieme di linee di trasporto alle sale di trattamento contenente ciascuna due magneti di scansione (che definiscono le dimensioni del campo irradiato spostando verticalmente e orizzontalmente il fascio di ioni) e il sistema di monitoraggio;

11. Delle sedie robotizzate dove i pazienti seduti ricevono al cuore la dose prescritta dal Sistema di Pianificazione del Trattamento (TPS);

12. L’impianto o complesso di acceleratori di adroni secondo l’invenzione;

13. Un complesso di sottosistemi o sezioni di linac (5; 6; 7);

12 Studio Ireneo Zanella

14. Una sistema di linee di trasporto degli impulsi di ioni ai punti ove sono irradiati i pazienti.

Si osserva che i sottosistemi o sezioni 5; 6; 7 illustrati nella figura non devono essere necessariamente tutti presenti nella singola forma di esecuzione di volta in volta considerata.

Più in dettaglio, facendo riferimento alla figura, secondo l'invenzione il sistema, o complesso, accelerante 12 illustrato comprende vari tipi di acceleratori collegati in serie, vale a dire un pre-acceleratore 3 e un numero di sezioni linac 5, 6, 7, le cui frequenze di oscillazione possono via via aumentare in modo da avere nell’ultimo linac un gradiente maggiore, e quindi ridurre fingombro del sistema. Per semplificare lo schema generale alcune delle tre sezioni linac 5, 6, 7 possono essere assenti.

Il pre-acceleratore 3 è alimentato dalla sorgente di ioni 1. Il suo fascio di uscita può essere continuo o, meglio, modulato al tasso di ripetizione 10-400 Hz in impulsi che sono lunghi pochi microsecondi, di modo che il numero di ioni inviati tramite MEBT 4 alla prima sezione linac 5 è minimo e non produce una inutile radioattività negli elementi che seguono.

Ogni sezione linac 5, 6, 7 è fatta di ‘unità acceleranti’, che possono essere sia linac a Onda Viaggiante (Travelling Wave) sia linac a Onda Stazionaria (Standing Wave) e hanno strutture dei tipi Drift Tube Linac (DTL), IH Drift Tube Linac, CH Drift Tube Linac, Coupled-cavity Linac USing Transverse Electric Radiai fields (CLUSTER), Side Coupled Drift 13 Studio Ireneo Zanella

Tube Linac (SCDTL), Celi Coupled Linac (CCL) o altri, secondo la velocità degli adroni accelerati.

Strutture acceleranti di questi tipi sono ben note, altre sono descritte nei documenti US 6.888.326 B2, US 7.423.278 B2 e US 7.554.275 B2 a nome della Richiedente e sono qui citate ed incorporate come riferimento nella presente domanda, rimandando a detti documenti per ogni ulteriore dettaglio.

Si osserva che per raggiungere, con un gradiente medio uguale a 30 MV/m, il voltaggio totale necessario per trattamenti della fibrillazione atriale - protoni: 160 MV; ioni di elio: 320 MV; ioni carbonio: 600 MV -le lunghezze totali dei linac sono circa 5 m per i protoni, 10 m per gli ioni elio e 20 m per gli ioni carbonio.

In generale la sezione linac producente il gradiente di accelerazione più elevato è quella indicata come 7 nella figura. Come descritto più sopra, è quest'ultima sezione che è solitamente suddivisa in unità che sono alimentate in modo indipendente così che l'energia delle particelle in uscita può essere regolata impulso dopo impulso.

Il fascio di ioni accelerati è trasportato alle sale di trattamento attraverso il canale HEBT 8. In alcune forme di esecuzione questo si ottiene con il magnete ‘fan-out’ 9, mentre in altre forme di esecuzione si sceglierà il disegno standard per il trasporto dei fasci - come usato nei centri di terapia del cancro con diverse testate rotanti.

I pazienti possono essere trattati o su una sedia robotica 11 , così come indicato nella forma di esecuzione preferita illustrata nella figura, oppure 14 Studio Ireneo Zanella

sdraiati su un lettino, la cui posizione nello spazio è controllato da computer.

Il detto fascio di particelle in uscita di detto complesso 12, 8 può variare (i) in intensità (agendo sulla sorgente (1) di ioni), (ii) in profondità di deposizione (regolando indipendentemente le sorgenti di potenza a radiofrequanza che alimentano le unità acceleranti dei linac) e (iii) in posizione trasversale rispetto alla direzione centrale del fascio (variando le correnti nelle bobine di due magneti ortogonali per la scansione collocati a monte di ciascun paziente).

La possibilità di regolare in pochi millisecondi e in rie direzioni ortogonali la posizione di ogni deposizione di energia nel corpo del paziente rende il sistema di acceleratori 12 perfettamente adatto all’ irraggiamento di un cuore che batte.

A titolo di esempio, un possibile schema di detto impianto o complesso 12, riassunto nella Tabella 1 seguente, è composto da:

(A) una sorgente di ioni elio 1 con controllo computerizzato - che può essere sia del tipo Electron Cyclotron Resonance (ECR) (adeguatamente modificata per ottenere un fascio impulsato a tassi di ripetizione nelfintervallo 10-400 Hz) o del tipo Electron Beam Ion Source (EBIS); (B) un ciclotrone o un sincrociclotrone 3 da 60 MeV/u, con bobine che sono o a temperatura ambiente o superconduttori;

15 Studio Ireneo Zanella

(C) un linac a celle accoppiate (Celi Coupled Linac) di tipo LIBO 7 funzionante a 3 GHz e fatto di 10 unità acceleranti alimentate separatamente.

Le ditte Thales, in Francia e CPI in USA, producono - tra altre aziende - i klystron a 3 GHz necessari per detta forma di esecuzione.

Nella forma di esecuzione preferita del linac della tabella 1 il preacceleratore è superconduttore. La configurazione del suo campo magnetico e le sue dimensioni sono simili a quelle del ciclotrone superconduttore commercializzato dalla ditta Varian Medicai Systems, Ine (Palo Alto, USA) per la terapia del cancro con fasci di protoni. Il magnete, che richiede solo circa 40 kW per la criogenia, ha un diametro di 3,2 m e un'altezza di 1,6 m. Il consumo complessivo è inferiore a 200 kW. Lafonte 1 inietta assialmente gli impulsi di ioni elio.

Tabella 1

Esempio di linac a 3 GHz per accelerare ioni 4He2+

16 Studio Ireneo Zanella

Dalla descrizione dell’impiego di un sistema di acceleratori di ioni per il trattamento della fibrillazione atriale e dalla descrizione strutturale e funzionale delle varie forme di esecuzione di impianti acceleranti secondo l’invenzione è rilevabile che con l'invenzione proposta si raggiunge in modo efficiente lo scopo indicato e si ottengono i vantaggi menzionati. Gli esperti del ramo potranno introdurre modifiche e variazioni dei singoli componenti del menzionato sistema di acceleratori di ioni o delle loro combinazioni, sia in struttura e/o in dimensioni, per adattare l'invenzione a casi specifici senza per questo scostarsi dall’ambito di protezione della presente invenzione come descritta nelle rivendicazioni seguenti.

17 Studio Ireneo Zanella

Bibliografia

Elenco di alcune pubblicazioni nel campo dei linac ad alta frequenza per adroterapia:

• R. W. Hamm, K. R. Crandall, and J. M. Potter, Preliminary design of a dedicated proton therapy linac , in Proc. PAC90, Voi 4 (San Francisco, 1991) 2583.

• U. Arnaldi, M. Grandolfo and L. Picardi (Eds), The RITA Network and thè Design of Compact Proton Accelerators, INFN, Frascati, 1996, ISBN 88-86409-08-7. The “ Green Bootf\ Chapter 9.

• L. Picardi, C. Ronsivalle and B. Spataro, Design development of thè SCDTL structure for thè TOP Linac , Nuclear Instruments and Methods A, 425 (1999) 8.

• U. Arnaldi et al., A Linac-booster for Protontherapy: Construction and Tests of a Prototype, Nuclear Instruments and Methods A 521 (2004) 512. • U. Arnaldi, S. Braccini, and P. Puggioni, High frequency lìnacs for hadrontherapy, Rev. Acc. Sci. Tech. 2 (2009) 111.

• U. Arnaldi et al., Accelerators for hadrontherapy: from Lawrence cyclotrons to linacs, Nuclear Instruments and Methods A620 (2010) 563.

• C. De Martinis et al., Acceleration tests of a 3 GHz proton linear accelerator (LIBO) for hadrontherapy, Nuclear Instruments and Methods A 681 (2012) 10.

Per la Fondazione per Adroterapia Oncologica - TERA

Studio Ireneo Zanella

Un mandatario

Ireneo Zanella

18 Studio Ireneo Zanella

(Registrazione nr. 353 BM)

Claims

1 Studio Ireneo Zanella (1-510) “Impiego di un sistema di acceleratori di ioni per il trattamento della fibrillazione atriale” Richiedente: Fondazione per Adroterapia Oncologica - TERA Rivendicazioni 1. Impiego di un sistema per l'accelerazione di ioni per il trattamento della fibrillazione atriale tramite la scansione per “spot” e la tecnica “delle multi-pennellate”, laddove è previsto un sistema di controreazione (feedback) tridimensionale per trattare il paziente senza indesiderati irradiamenti dei tessuti che devono essere risparmiati.

2. Impiego di un sistema per l'accelerazione di ioni secondo la rivendicazione 1 per il trattamento delle malformazioni artero-venose (MAV) e delle lesioni epilettiche focali.

3. Impiego di un sistema di acceleratori di ioni adatto al trattamento della fibrillazione atriale (FA), delle malformazioni artero-venose (MAV) e delle lesioni epilettiche focali secondo le rivendicazione 1 e 2, nel quale il sistema di acceleratori di ioni è previsto per particelle nucleari cariche (ioni) con numero atomico compreso tra 1 (protoni) e 10 (ioni neon) e comprende in modo noto: - una sorgente (1) di ioni, - un pre-acceleratore (3), e 2 Studio Ireneo Zanella - una successiva parte ad alta energia, nel quale sistema di acceleratori (12) la parte ad alta energia (13) del sistema di acceleratori (12) contiene almeno un linac (5; 6; 7), che i. funziona a una frequenza maggiore di 1 GHz con un tasso di ripetizione compreso tra 10 Hz e 400 Hz, ii. consente di variare l’energia di uscita delle particelle accelerate agendo sulle sorgenti a radiofrequanza di detto almeno un linac (7), e iii. con un sistema di feedback adatto a seguire i movimenti del cuore in tre dimensioni in modo da fornire al paziente la dose necessaria, nonché, a valle della parte ad alta energia (13), prevede un canale magnetico (8) di trasporto del fascio di alta energia (HEBT), nonché un associato sistema di trasporto degli impulsi di fascio alle sale di trattamento dei pazienti. 4. Impiego di un sistema (12) per l'accelerazione di ioni secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che le particelle accelerate sono ioni con numero atomico uguale a 2 (ioni elio). 5. Impiego di un sistema (12) per l'accelerazione di ioni secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la parte ad alta energia (13) contiene ulteriormente due o tre sezioni di linac, e che alcune sezioni di linac (5, 6, 7) funzionano a diverse frequenze. 6. Impiego di un sistema (12) per l'accelerazione di ioni secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che sono previsti uno o più acceleratori di particelle, o pre-acceleratori (3), i quali impartiscono 3 Studio Ireneo Zanella energia alle particelle prodotte dalla sorgente di ioni (1) prima di iniettare il fascio di ioni nel/nei linac seguente/i (5, 6, 7). 7. Impiego di un sistema (12) per l'accelerazione di ioni secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il pre-acceleratore (3) è un linac a temperatura ambiente o superconduttore oppure un Quadrupolo a Radiofrequenza (RFQ). 8. Impiego di un sistema (12) per l'accelerazione di ioni secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il pre-acceleratore (3) è un ciclotrone/sincrociclotrone a temperatura ambiente o superconduttore, oppure un acceleratore FFAG. 9. Impiego di un sistema (12) per l'accelerazione di ioni secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la sorgente di ioni (1) è controllata da un computer in modo da aggiustare la dose rilasciata in ogni singolo ‘spot’. 10. Impiego di un sistema (12) per l'accelerazione di ioni secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che Γ associata disposizione (14) di trasporto degli impulsi di fascio alle sale, sedie robotiche, lettini o simili (I la, l lb, Ile) di trattamento dei pazienti in modo controllato da computer comprende un magnete “fan-out” (9) con associato fascio intermedio delle linee (10a, 10b, 10c) di trasporto, nonché - su ogni linea -due magneti per la scansione trasversale e il sistema di monitoraggio.

4 Studio Ireneo Zanella 11. Impiego di un sistema (12) per l'accelerazione di ioni secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il linac (5; 6; 7) è un linac a 3 GHz per accelerare ioni 4He2+ configurato per operare con sostanzialmente i parametri seguenti:

5 Studio Ireneo Zanella

Per la Fondazione per Adroterapia Oncologica - TERA Studio Ireneo Zanella Un mandatario Ireneo Zanella v?

(Registrazione nr. 353 BM)