Teaching and Training in Medical Physics in Italy - C.Peroni Universita' di Torino e Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
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Teaching and Training in Medical
Physics in Italy
C.Peroni
Universita’ di Torino e Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
Brief history of Medical Physics in Italy
Beginning of the 60’s
~ 5 Physicists officially enrolled in hospitals mainly
concerned with radioprotection and marginally with
Radiotherapy
Teaching and training programs exist in various sites
Little or no connection with Universities and research
environment
1985 “Scuole di Specializzazione” are instituted by
the Ministry with unified programs
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 2
Fisica Medica
Present
~ 600 Medical Physicists operating in major
hospitals trained in 15 University based
“Scuole di Specializzazione”
in close collaborations with medical doctors
AIFM
Associazione Italiana di Fisica Medica
Research in Medical Physics has started and is
gaining momentum
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 3
Fisica Medica
Scuole di Specializzazione in Fisica Medica
Admission requirements
Laurea in Fisica (3+2 years of University education)
Entrance examinations
Duration 4 years
Education
200 hrs courses/year taught by academic and professional
personnel
Training in agreed hospitals
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 4
Fisica Medica
Courses and Training
Recently a set of “minimal requirements” has been
issued by the Ministry of Instruction, University and
Research for all “Scuole di Specializzazione di Area
Medica” to which the Schools of Medical Physics belong.
“Minimal requirements” concern:
• qualification of teaching personnel
• courses contents
• hospitals and laboratories resources
• specific activities of students
• administrative resources
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 5
Fisica Medica
Teaching Personnel
Requisiti Livelli fondamentali di accettabilità
MODALITA’ DI
VERIFICA
A) Personale docente e La Scuola deve disporre di un documento che descriva il proprio Esame documentale
tutor coinvolti assetto didattico e i diversi ruoli professionali coinvolti
nella formazione
B) Personale docente Docenti universitari: professori e ricercatori, di cui almeno Assunzione degli impegni
specifico della 1 professore di ruolo del settore scientifico di riferimento
della tipologia della Scuola, in numero non inferiore al 70%
tipologia, come da dei docenti della scuola
tabella relativa
Docenti non universitari in servizio in strutture della Assunzione degli impegni
rete formativa: personale con esperienza didattico –
formativa documentata e con servizio di almeno 10 anni
presso strutture specialistiche accreditate/convenzionate
inserite nella rete formativa, (in numero massimo del 30%
del corpo docente - inquadrato a contratto).
Docenti a contratto: esperti del settore scientifico Assunzione degli impegni
disciplinare (in numero massimo del 10% del corpo
docente); quest’ultimi possono essere chiamati solo in caso
di mancanza di docenti universitari.
C) Tutor Presenza di un tutor (per un massimo di 3 specializzandi) Assunzione degli impegni
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 6
Fisica Medica
Requisiti Esempio di lista dei corsi (Torino) Modalità d
disciplinari verifica
Anatomia, Fisiologia, Epidemiologia, Fondamenti di dosimetria, Radioprotezione
(1), Acustica, Calcolo delle probabilita’ e statistica, Strumentazione e misure
1 elettroniche, Strumentazione fisica per medicina e biologia(1), Dispersione di
inquinanti atmosferici
Calcolo numerico e programmazione, Metodi fisici della biologia, Radiobiologia,
Medicina nucleare, Radioprotezione (2), Radioterapia e QA (1), Fisica dei laser,
2 Misure di spettroscopia nucleare, Radiazioni non ionizzanti, Strumentazione Esame
Insegnamenti fisica per medicina e biologia (2)
documentale
Eventuale
fondamentali accertamento
diretto
Radioterapia e QA (2), Statistica clinica e biometria, Radiodiagnostica,
3 Angiografia e radiologia interventistica, Brachiterapia e QA
Strumentazione fisica per medicina e biologia(2),Positron Emission
4 Tomography, MRI, Radioterapia e piani di trattamento, Radioprotezione (3),
Bioelettronica e biomateriali
University personnel: Physics
University personnel:Medicine
Hospital personnel: Medical Physicists (5 partecipating hospitals in Torino and Piemonte)
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 7
Fisica Medica
Requisiti assistenziali Prestazioni minime per Volume minimo Volume minimo della
tutto il percorso complessivo della attività assistenziale
STUDENT TRAINING formativo di uno
specializzando da
attività assistenziale
annuale della rete con
annuale della rete
per l’attivazione
ACTIVITIES distribuire negli anni in
funzione del piano
uno specializzando per
ogni anno ^ e * (a)
della Scuola (b)
formativo (N)
piani di trattamento per terapie con fasci esterni 40^ 132 200
piani di trattamento per brachiterapia 10^ 33 50
piani di trattamento per terapia metabolica con radionuclidi 4^ 13 20
piani di trattamento per almeno una tecnica speciale di trattamento 2^ 7 10
sessioni di misura e controllo per: taratura iniziale e verifica periodica 25* 82 82
delle diverse macchine di trattamento radioterapeutico
controlli di qualità dei radiofarmaci, dei generatori di radioisotopi a breve 2* 7 7
emivita e dei prodotti marcati
controlli di qualità sulle apparecchiature 20* 66 66
valutazioni di qualità su materiale radiografico e sistemi per radiografia 8* 27 27
digitale
interventi per la misura di livelli diagnostici di riferimento 10* 33 33
controlli di qualità su tomografi a risonanza magnetica nucleare ed 4* 13 13
ecografi
applicazioni di software specifico per la raccolta e l'archiviazione di dati 2* 7 7
trasferimenti in rete di immagini biomediche 2* 7 7
progetti per l' automatizzazione di strumentazioni biomediche 2* 7 7
progetti e verifiche di barriere primarie e secondarie per sorgenti a raggi X 10* 33 33
e acceleratori per radioterapia
verifiche di radiazione di fuga e misure di esposizione per sorgenti a raggi 20* 66 66
X
valutazioni di dosimetria personale 20* 66 66
spettrometria di neutroni; dosimetria neutronica; dosimetria di particelle ad 10* 33 33
energia elevata
8
mappature di campi elettromagnetici attorno ad impianti RM, ciclotroni, 15* 50 50
apparecchiature per diagnostica e terapia
AIFM
www.aifm.it
Italian Association of Medical Physics
Purposes:
• promuovere, sviluppare e coordinare le attività scientifiche e professionali;
• promuovere e sviluppare la formazione, l'informazione e l'aggiornamento dei
soci;
• partecipare al programma nazionale di Educazione Continua in Medicina
(ECM);
• promuovere e sviluppare l'applicazione delle metodologie fisiche alla
diagnosi, terapia e prevenzione nell'ambiente di vita e di lavoro;
• favorire la cooperazione con le strutture sanitarie, con gli Enti di Ricerca,
con le Università e con particolare riguardo ai Dipartimenti di Scienze Fisiche
alle Facoltà di Medicina ed alle Scuole di Specializzazione in Fisica Sanitaria
e con le Istituzioni operanti nei diversi settori della Fisica Medica.
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 9
Fisica Medica
European Federation of Organisations for
Medical Physics
The European Federation of Organisations in MedicalPhysics
(EFOMP) was founded in 1980. The current membership
covers 35 national organisations which together represent more
than 5000 physicists and engineers in the field of Medical
Physics.
Report by the EFOMP Education, Training and Professional
Committee:
“The Present Status of Medical Physics Education and
Training in Europe. New perspectives and EFOMP
Recommendations”, 2005
http://www.efomp.org/policyst.html
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 10
Fisica MedicaEFOMP reccomendations
• EFOMP strongly encourage National Organisation for
Medical Physics (NMO) to strive to make a university
master degree in Medical Physics available at their
universities
• holding a university Master’s Degree in Medical Physics,
is not a sufficient qualification to work as a Medical
Physicist in a hospital environment: at least 2 more
years’ training experience on the job
• Health Authorities should be involved in the education
and training programmes in order to obtain official
recognition as a health profession
• NMO’s to set up continuing education programs
(ECM) based on credit points
• NMO’s to start their own register of professionals
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 11
Fisica MedicaResearch in Medical Physics in Italy
Mainly in Universities, national health institutions (Istituto
Superiore della Sanita’), research institutions (Istituto
Nazionale di Fisica Nucleare, Comitato Nazionale per la
Ricerca) often in collaboration with hospitals
a non exaustive list:
• radiation dosimetry: photon, electron,hadron
• radiobiology and microdosimetry
• syncrotron radiation applications
• MRI techniques
• analysis of medical images with CAD (Computer Aided
Detection) and GRID (Distributed Computer Infrastructure)
• ultrasound techniques
• new irradiation techniques, hadrontherapy
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 12
Fisica MedicaMedical Physics in Torino
the TERA group
http://www.to.infn.it/activities/experiments/tera/
1992
~ 3 researchers (INFN and University,high energy particle background)
start collaboration with Ugo Amaldi’s TERA (TERapia con Adroni)
Î 3D sampling calorimeter for proton and C ion beams made of 12
ionization chambers segmented in strips (256 ch/pl) read out by
VLSI electronics at high rate (~ kHz)
Magic Cube at the LLUMC (California) proton beam Bragg peak of a 270 MeV/u carbon ion beam13
reconstructed with the Magic CubeStrip and Pixel Chambers as beam monitors
Installed and operating on proton
beam treating facilities: Getting ready for CNAO!
• CATANA – INFN LNS Catania
(Alejandra)
• ICPO – Orsay
Collected charge from a 20×20 cm2
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 14
uniform field irradiation
Fisica MedicaPhoton Beams
collaboration with industry
Prototype: 32x32 pixels, 24x24 cm2 active area, 1024 channels, 7.5x7.5 mm2 pixel
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 15
Fisica MedicaThe prototype developed by INFN and University of Torino became a clinical
dosimeter, I'mRT MatriXX, commercialized by Scanditronix-Wellhöfer (IBA)
I'mRT MatriXX: 1020 pixels, 24.3x24.3 cm2 active area, single pixel Ø=4.5x5 mm2, 0.07 cm3
volume, resolution 7.62 mm. Fastest read-out 20msec.
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 16
Fisica MedicaCLICK…
Time:
Time:14
10
11
12
13
9876543210 sec
sec
Deposited dose
La Paz - Aug. 2007 measured
C.Peroni during
- Primero Curso de the treatment 17
Fisica MedicaTreatment Planning
• Our group has developed a program to calculate the
treatment planning for voxel scan with proton or ion
beams. The package (ANCOD, ANalytical CODe)
computes the fluencies to equalize the physical dose in
the target volume.
• The treatment planning can be verified by a Monte
Carlo simulation which, together to the charged particle
interactions with matter, implements a simplified
algorithm of the ion fragmentation.
• Due to the peculiar radiobiological behavior of hadrons,
physical and equivalent dose distributions can deeply
differ. We foresee to implement also radiobiological
effects in our codes
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 18
Fisica MedicaAnalitical Code
• The analytical code (ANCOD), in C++ object
oriented environment, is under development.
• The technique of the inverse planning allows to
estimate the best parameterizations and the
optimal treatment; it has been implemented in
the frame of the voxel scan technique with pencil
beams.
• Considering as input a CT and the target volume
definition, ANCOD provides for each field and
for each elementary voxel the energy and the
fluence of the pencil beam.
• A full MC simulation (GEANT 3) is used to verify
the results of ANCOD.
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 19
Fisica MedicaMontecarlo Simulation
• The treatment plan can be verified with a
full simulation to ensure the correctness of
the analytical code calculation. The beam
parameters (direction and energy) and the
fluence determined with ANCOD are the
input to the simulation. The package we
have been using is GEANT3
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 20
Fisica MedicaModulated arc therapy for breast tumor:comparison
between the Pixel Chamber and the TPS
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 21
Fisica MedicaRadiobiological Effects
• The interaction of radiation with cells has to be
taken into account in treatment planning when
hadrons are used.
• This is important for protons where, in the Bragg
peak, the Relative Biological Effectiveness RBE
can be much larger than one and it is mandatory
for light ions.
• We have implemented a code starting from the
Kraft-Scholz method, developed at GSI. Our
implementation takes into account the cell
sensitive area with respect to cellular growth
phase.
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 22
Fisica MedicaDose deposition in a cell by a single Carbon ion:
the energy deposition is strongly localized within
the cell.
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 23
Fisica MedicaCell survival probability as a function of the dose (Gy):
triangles are the experimental data
(from GSI: 11 GeV/u Carbon ion beam ),
dots are the simulation results.
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 24
Fisica MedicaRESEARCH in TORINO
OVERVIEW
• Medical Images w/
CAD (Computer
Aided Design) and
GRID (distributed
computing)
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 25
Fisica MedicaRESEARCH in TORINO cont’d
• Dual energy X-ray for angiography and
mammography with Si-microstrip detectors
X-ray tube with dual energy
output
Phantom
6.4 mm
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 26
Fisica Medica Detector box with 2
lli tAngiography at the Iodine K-edge (II)
Iodine injected in
patient vessels acts as
radio-opaque
contrast medium
Dramatic change of
iodine absorption coeff. at
K-edge energy (≈33 keV)
Subtraction of 2 images taken with photons of
2 energies (below and above the K-edge)
La Paz - Aug. 2007
→ inC.Peroni
the resulting image only the iodine signal
- Primero Curso de 27
remains Fisica
and Medica
all other materials are canceledNeutron Dosimetry
Measurement of the unwanted neutron dose to the patient in
treatments with high energy Linac photon beam
testata
neutroni
di leakage
Fascio gamma Fantoccio
Jimmy
Neutroni nel
corpo
and…
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 28
Fisica MedicaBoron Neutron Capture Therapy
Studies of new compact
neutron sources
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 29
Fisica MedicaPHONES: a novel approach to BNCT based
on photo-neutron production with high
energy (18MV-25MV) radiotherapy LINAC.
Design of suitable photo-converter to:
• increase the photo-neutron production
• moderate neutron to the desired energy
range
Status of the project
A feasibility study was completed:
Analysis of materials for neutron photo- Neutron
imaging
production and moderation
Study of gamma shielding and neutron
reflector
Experimental measurements with a simple
prototype installed at LINAC 18 MV
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 30
Fisica MedicaLa Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 31
Fisica MedicaFrom research to teaching…
Research activities in Medical Physics attract
many students
• 1995
Master Program in Biomedical Physics
starts at Torino University:
Laurea Magistrale in Fisica Ambientale e
Biomedica
• 1999
Scuola di Specializzazione in Fisica Medica
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 32
Fisica MedicaSummer 2006
Intense research activities take place in the hills around Torino
La Paz - Aug. 2007 C.Peroni - Primero Curso de 33
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