Luigi Tremolada, SIDeA
Maximizar la destrucción de las células tumor canceroso y minimizar el daño del tejido sano en los pacientes.
Usar la tecnología de National Instruments para avanzar en una forma única y más precisa para tratamiento del cáncer, terapia de protones o hadrones, en la que los haces de partículas aceleradas, como protones o iones de carbono, pueden apuntar con precisión a células cancerosas profundas.
Alrededor del 90% de los éxitos en el tratamiento de tumores se deben a la eficacia de la cirugía y la radioterapia. Las formas más familiares de tratamiento no invasivo del cáncer, la quimioterapia y la radiación, pueden tener un efecto devastador en el cuerpo humano con daños severos tanto en las células sanas como en células del tumor. El uso de haces de partículas aceleradas es un paso hacia el desarrollo de tratamientos más específicos y efectivos contra el cáncer que evitan que se dañen los tejidos sanos, lo cual es fundamental cuando el cáncer se desarrolla cerca de órganos vitales del cuerpo.
Aunque la terapia de hadrones se ha practicado en muchos centros desde principios de 1950, los recientes avances en la tecnología han acelerado la investigación de la técnica en el Centro Nacional Italiano de Terapia Oncológica de Hadrones (CNAO), un centro clínico ubicado en Pavía, Italia, creado y financiado por Ministerio de Salud para suministrar hidroterapia a pacientes en toda Italia. Dependiendo de la formación particular de cada tumor, los oncólogos deben ajustar las características físicas de los haces de partículas para optimizar la eficacia del procedimiento, y esto requiere un sistema preciso de control. Al apuntar con precisión las partículas ionizantes energéticas al tumor, se deposita menos energía en el tejido sano que rodea el tejido en cuestión.
Al momento de seleccionar la tecnología para el sistema de control, la dirección del CNAO prefirió invertir en un sistema completo de control de una compañía europea, lo que llevó a la asociación con SIDeA. SIDeA es una compañía basada en tecnología orientada al soporte al cliente, que se caracteriza por su experiencia en el desarrollo de sistemas de control y adquisición de datos para experimentos de física.
La administración de la hadronterapia es una tarea compleja y requiere casi 300 dispositivos conectados en red para controlar el funcionamiento de la máquina, así como el acceso a la sala misma. Para el acceso seguro a las salas de tratamiento durante la emisión de radiación nuclear, se desarrolló un sistema de bloqueo de seguridad utilizando el Módulo NI LabVIEW FPGA y el hardware NI PXI. Para crear y controlar el haz de partículas, el sistema requiere interfaces de usuario de Windows conectadas a dispositivos en tiempo real y basados en FPGA para el control. El software de diseño de sistemas NI LabVIEW ayudó a simplificar este problema al integrar y abstraer la complejidad de estos múltiples dispositivos de cómputo heterogéneo en un solo entorno de desarrollo.
La temporización y la sincronización son una necesidad crítica para crear y controlar los haces de manera segura. Para cumplir con las exigentes necesidades de resolución de 100 µs, se desarrolló un protocolo único de mensajes basado en Ethernet usando el Módulo LabVIEW Real-Time y PXI. Para las necesidades más estrictas de resolución de 50 ns, usamos una red de fibra óptica con módulos PXI dedicados.
Dirigir el haz hacia el tumor requiere sistemas para preparar el haz, luego medir y controlar la intensidad y la posición del haz y distribuirlo uniformemente por todo el tumor. Estos sistemas, desarrollados con LabVIEW y NI PXI en tiempo real y hardware NI CompactRIO basados en FPGA, miden la intensidad del haz cada microsegundo y la posición del haz cada 100 µs con una precisión de 100 a 200 micrómetros, dependiendo la necesidad. Este sistema de controlador de haz brinda las medidas precisas, el control en tiempo real y la visualización de datos que necesitan los científicos que operan el haz.
Desarrollar una arquitectura abierta utilizando hardware y software de NI significó que los desafíos que podrían surgir de un proyecto basado en productos comerciales se abordaron adecuadamente. La flexibilidad de la arquitectura PXI, junto con las capacidades de LabVIEW y el rendimiento confiable del hardware de NI, usando la arquitectura LabVIEW RIO, ayudaron a satisfacer rápidamente las solicitudes de los clientes con una solución flexible e innovadora.
Tras completar las pruebas de dosimetría y radiobiología con los haces de protones, el CNAO obtuvo la autorización para comenzar a tratar pacientes. Las estadísticas de la Asociación Italiana de Radioterapeutas y Oncólogos estiman que más del 3% de los pacientes italianos de radioterapia (más de 3,000 nuevos pacientes por año) serán tratados con terapia de hadrones, y este número aumentará constantemente.
Luigi Tremolada
SIDeA
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