Developing the smallest possible medical cyclotron
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Imagine a portable medical cyclotron operated in a conventional radioactive facility at a hospital. Imagine a nurse or technician switching it on and producing isotopes at the patient’s bedside. Sounds like science fiction? Think again.
CERN has teamed up with Spain’s national scientific research centre (CIEMAT) to develop an avant-garde cyclotron to be used for Positron Emission Tomography (PET). “We plan to make a cyclotron that doesn't need an insulated building or ‘vault’: a cyclotron small enough to fit inside a hospital lift,” explains Jose Manuel Perez, who is leading the CIEMAT/CERN collaboration. “It will be the smallest possible medical cyclotron for single patient dose production and will dramatically reduce costs for hospitals.”
While PET technology has transformed imaging techniques, many of its medical benefits have remained confined to highly specialised hospitals. “Studies have found that many isotopes can be used with biomedical tracers for PET scans,” explains Jean-Marie Le Goff, HEPTech’s Coordinator . “Unfortunately, these isotopes have extremely short half-lives. For example, the 11C isotope, which studies have shown can act as a marker for cancer and Alzheimer’s, has a half-life of only 20 minutes.”
To be able to use isotopes like 11C, hospitals need to be able to produce them on site. But how? In 2008, Jean-Marie and his colleague Hartmut Hillemanns came to realize that the technology for a compact medical cyclotron already existed in the physics community. At that point, they began working on what would eventually become the compact CERN/CIEMAT collaboration: producing a cyclotron small enough – and cost-effective enough – to be installed in any typical radiotherapy department.
“The collaboration with CERN is essential for the project's success, as much of the technical know-how is just not available outside the Organization,” says Jose Manuel. “We will be working very closely with CERN scientists in various areas, including cryogenics, vacuum technology, beam optics, magnet design, and radiofrequency systems.”
While the project is being funded by Spanish industry and CDTI, the Centre for Development of Technology and Innovation, and developed at CIEMAT, some of the work will be carried out at CERN. “A number of CERN experts in the field of accelerator technologies are providing the project with part time consultancy services. All the technical departments, i.e. TE, BE and EN, are involved. Cryogenics and vacuum technologies require in-depth studies and we have already started to take on two students to work on the cyclotron full-time.” explains Friedrich Haug, who is responsible for the cryogenics and technical coordination at CERN. “CERN will also provide some R&D and testing facilities for segments of the cyclotron.”
In just two short years, the CIEMAT/CERN cyclotron should be commissioned as a research prototype for producing isotopes for medical use. The next phase will consist in turning this prototype into an industrial product, bringing advanced technologies from basic research science to society.
1 HEPTech: The Technology Transfer Network of institutions active in particle, astro-particle and nuclear physics in CERN Member States.
Other (French)
Imaginez un cyclotron médical portatif, qui pourrait être utilisé dans le service de radiologie d’un hôpital. Imaginez qu'il suffise d'appuyer sur un bouton pour produire des isotopes, dans la chambre du malade. De la science-fiction ? Pas si sûr…
Le CERN s’est associé au Centre national de la recherche scientifique espagnol (CIEMAT) pour mettre au point un cyclotron révolutionnaire qui sera utilisé pour la tomographie par émission de positons (TEP). « Nous prévoyons de réaliser un cyclotron qui n’aura pas besoin d’être installé dans une enceinte isolée, un cyclotron qui serait suffisamment petit pour pouvoir être transporté dans l’ascenseur d’un hôpital, explique José Manuel Pérez, coordinateur de la collaboration CIEMAT/CERN. Ce sera le plus petit des cyclotrons à usage médical possible pour la production de doses individuelles, et cela réduira fortement les coûts pour les hôpitaux. »
Si la technologie TEP a transformé les techniques d’imagerie, un grand nombre de ses bénéfices du point de vue médical est resté confiné dans des hôpitaux hautement spécialisés. « Des études ont montré que de nombreux isotopes peuvent être utilisés avec des traceurs biomédicaux pour réaliser des scanners TEP, explique Jean-Marie Le Goff, coordinateur du réseau HEPTech. Malheureusement, ces isotopes ont des demi-vies extrêmement courtes. Par exemple, l’isotope 11C, dont les études ont montré qu'il pouvait servir de marqueur pour le cancer et Alzheimer, a une demi-vie de 20 minutes seulement. »
Afin de pouvoir utiliser des isotopes comme le 11C, les hôpitaux doivent donc pouvoir les produire sur place. Mais comment procéder ? En 2008, Jean-Marie et son collègue Hartmut Hillemanns ont compris que la technologie adaptée pour la construction d’un cyclotron médical compact existe déjà… chez les physiciens. Ils ont alors commencé à poser les bases de ce qui deviendrait ultérieurement la collaboration CERN/CIEMAT : produire un cyclotron de taille suffisamment réduite – et d’un coût suffisamment bas – pour qu’on puisse l’installer dans un service de radiothérapie ordinaire.
« La collaboration avec le CERN est essentielle pour le succès du projet, car une grande partie du savoir-faire technique n’est en fait pas disponible en dehors de l’Organisation, explique José Manuel. Nous travaillerons en collaboration très étroite avec des scientifiques du CERN dans différents domaines, notamment la cryogénie, les technologies du vide, l’optique des faisceaux, la conception des aimants et les systèmes de radiofréquence. »
1HEPTech: le réseau de transfert de technologies des institutions actives dans les domaines de la physique des particules, de l’astroparticule, et de la physique nucléaire dans les États membres du CERN.
Additional details
Identifiers
- CDS
- 1394584
- CDS Report Number
- BUL-NA-2011-289
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- Is published in
- Periodical issue: y21xe-vq659 (CDS)
- Periodical issue: nneze-cp370 (CDS)