La terapia con particelle è una tecnica radioterapica che sfrutta il caratteristico profilo di dose altamente localizzato delle particelle cariche per trattare i tumori (rilascio massimo a fine percorso nel picco di Bragg). Un rilascio di dose così concentrato sul volume tumorale consente di minimizzare l'esposizione a dose dei tessuti sani circostanti ma richiede un attento monitoraggio del fascio terapeutico. I prodotti secondari carichi e neutri prodotti nelle interazioni nucleari del fascio terapeutico con il paziente e possono essere sfruttati ai fini del monitoring del fascio poiché la loro emissione è correlata con la posizione del picco di Bragg.
Il progetto SOLE ha come obbiettivo quello di indagare una nuova strategia di monitoring in terapia con particelle utilizzando la rivelazione dei Prompt Gamma (PG).
Il progetto si basa su un rivelatore innovativo che consente di ricostruire il profilo di emissione dei PG sfruttando due meccanismi di rivelazione: la diffusione Compton e la produzione di coppie.
Il rivelatore è composto da una matrice di fibre plastiche scintillanti per la rivelazione degli elettroni/positroni emessi, accoppiata a un calorimetro composto da cristalli pixelati di LFS per la rivelazione del fotone diffuso nell'effetto Compton.
Tale rivelatore è caratterizzato da un'alta efficienza (~10%) e permetterà un incremento della precisione di monitoraggio a parità di segnale emesso rispetto allo stato attuale. Inoltre l'utilizzo di tale tecnica permette di avere informazioni sulla dose depositata direttamente durante il trattamento rendendo possibile un feedback online dei parametri del fascio durante il trattamento stesso, con un chiaro beneficio per la salute del paziente.
I progressi scientifici derivanti da SOLE potrebbero avere diverse ricadute economiche e sociali, nonché un notevole impatto in termini di risultati tecnologici. L'obiettivo del progetto è lo sviluppo di un nuova tecnica per monitorare in tempo reale la dose rilasciata nel paziente durante un trattamento di PT.
L'approccio innovativo proposto da SOLE permetterà di ottenere delle verifiche sul profilo di deposizione di dose con un'accuratezza mai raggiunta prima. Applicando un metodo di monitoraggio online sarà possibile inoltre applicare correzioni al trattamento pianificato nelle sedute successive di irraggiamento del paziente.
Il maggior beneficio derivante dall'applicazione di SOLE nella pratica clinica sarà una maggiore conformità tra il volume tumorale e il volume in cui viene depositata la dose con una conseguente minimizzazione degli effetti collaterali derivanti dall'irradiamento di tessuti sani.
La combinazione di questi due aspetti gioca un ruolo fondamentale nel migliorare l'esito del trattamento per il paziente.
Il progetto SOLE può essere utilizzato per tracciare con successo non solo i FP ma anche le particelle secondarie neutre e cariche che vengono prodotte dall'interazione nucleare del fascio con il paziente. L'oggetto può quindi trovare applicazioni non solo nelle tecniche di monitoraggio basato sui PG ma anche in quelle che utilizzano la correlazione tra lo spettro di emissione di diversi tipi di particelle e il range del fascio primario. Queste ultime soluzioni sono ancora in una fase di R&D ma, specialmente nella terapia con ioni di carbonio, i primi studi di fattibilità si dimostrano molto promettenti.
Un'altra importante caratteristica del rivelatore SOLE risiede nel trattamento e nell'eliminazione del fondo. MONDO nasce originariamente per la caratterizzazione del profilo di emissione dei neutroni secondari: il fondo dovuto a queste particelle neutre può quindi essere facilmente identificato (la topologia della diffusione dei neutroni è diversa e riconoscibile rispetto ad CS e PP).
In sintesi, il rivelatore SOLE è un sistema multiuso che può trovare facilmente applicazione in tutti i centri di PT che trattano pazienti con tecniche già presenti nella pratica clinica (protoni e ioni carbonio) e in corso di studio (ioni di elio e ossigeno). Essendo molto compatto, il dispositivo può essere facilmente installato in ambiente clinico con minimo impatto sulle operazioni di routine. Può inoltre essere integrato con tutte le tecniche di monitoraggio esistenti (come la PET) in modo da completare i vari risultati per una migliore la verifica dei TPS.
Non è infine trascurabile l'impatto economico che avrà l'introduzione di questo dispositivo nella pratica clinica. Fino ad oggi più di 175 000 pazienti sono stati trattati nel mondo con la PT e tale numero aumenterà velocemente come risultato dei numerosi centri di PT in costruzione in tutto il mondo. Un miglioramento significativo nella precisione e nell'efficacia del trattamento potrà avere un impatto estremamente positivo non solo per il paziente (maggior numero di tumori curabili e riduzione degli effetti collaterali) ma anche per i servizi sanitari nazionali poiché una migliore precisione del trattamento di PT riduce la necessità di intervenire ulteriormente sul paziente con costose cure aggiuntive. Questo va considerato nell¿ottica in cui un sempre maggior numero di servizi sanitari nazionali si sta orientando verso la copertura delle spese mediche relative ai trattamenti di PT: in Italia i trattamenti con particelle cariche per alcune tipologie di tumore sono entrati nel 2017 nei Livelli Essenziali di Assistenza (LEA).