проект полностью (~7mb) - Санкт
реклама
МЕДИКО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ проекта Северо-Западного межрегионального центра высокотехнологичных методов лучевой терапии онкологических заболеваний Санкт-Петербург, 2007 ПРИЛОЖЕНИЕ Федеральная адресная инвестиционная программа (ФАИП) на 2008 год МЕДИКО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ проекта Северо-Западного межрегионального центра высокотехнологичных методов лучевой терапии онкологических заболеваний © Авторский коллектив: В.М.Виноградов, А.М.Червяков, Л.А.Тютин, Н.К.Абросимов, Ж.Л.Карлин, Д.М.Селиверстов, Г.М.Манихас, Т.Г.Худякова, С.И.Чикризов, Ф.А.Цымбал, А.С.Радилов, Н.А.Одинцов, Н.И.Русаков, М.Ф.Ворогушин, А.В.Степанов, Ю.Н.Гавриш, Ю.Г.Ткачук, О.А.Штуковский, В.А.Шишов, В.Ф.Жемков, А.С.Нейштадт, А.В.Шошмин, В.М.Черемисин, Ю.С.Кудрявцев, Ф.Ф.Валиев, Л.И.Виноградов, Ю.П.Галюк, С.Н.Иголкин, В.П.Кондратьев, В.И.Лазарев, А.С.Иванов, А.К.Зароченцев, Г.А.Феофилов (e-mail: [email protected]) Данная работа выполнена на инициативной основе в рамках проекта МНТЦ №2887: «Подготовка Технических Предложений по Созданию Северо-Западного Регионального Центра Адронной Терапии и Диагностики онкологических заболеваний в Санкт-Петербурге» © Фото на обложке: Г.А.Феофилов, 2006 Санкт-Петербург, февраль 2007 2 Содержание I. Сводная информация по проекту …………..…………………………………………….………….…4 II. Расширенная информация по проекту…….…………………………………………………….….…18 1. Ведение……………………..……………………………………………………….…..18 2. Обоснование ……………………………………………………………………………19 2.1. Лучевая терапия……..……………………………………………………………..19 2.2. Адронная терапия ………………………………………………………………….20 3. Диагностика и планирование лечения………………………………………………….23 3.1. Радиоизотопная диагностика………………………………………………….…24 3.2. Ранняя диагностика и цифровые методики ………….…………………….…….24 3.2.1. Массовые маммографические обследования ………………….……24 3.2.2. Массовые проверочные флюорографические обследования населении………………………………………………………….….24 3.2.3. Fluo- и Mammo- GRID для Санкт-Петербурга…………….25 3.3. Сверхранняя диагностика……………….……………………………………26 3.4. Новейшие информационные технологии GRID 3.5. Фундаментальные исследования………………..………….……….…………...30 4. Научный, технический и медицинский потенциал Санкт-Петербурга………..………31 5. Основные задачи…………………………………….……………………………………… 5.1. Расширение и дооснащение строящейся онкологической больницы……………..……………………………………33 5.2. Модернизация и клиническое использование имеющихся протонных ускорителей. ……………….……………………………………..33 5.3. Создание пилотных систем массовой диагностики онкологических заболеваний…………………………………………………34 5.4. Включение Санкт-Петербурга в европейскую сеть центров адронной терапии ENLIGHT++…………………………………………….…34 6. Особенности проекта…………………………………………………………………..…35 7. Аналоги проекта …………………………………………………………………………36 8. Структура проекта (СОСТАВ ЦЕНТРА)………………………...……………………37 9. Филиал центра в ПИЯФ………………………………….……………..……….………39 10. Научно-образовательный медико-биологический ПЭТ-центр СПб ГУ….………..45 11. Дооснащение существующих диагностических подразделений учреждений здравоохранения…………………………………………………………52 12. Этапы и сроки реализации проекта…………………………………………………....52 Приложения………………………………………………………………….………….56 3 I. Сводная информация по проекту Северо-Западный межрегиональный центр высокотехнологичных методов лучевой терапии онкологических заболеваний Инициаторами проекта в Санкт-Петербурге являются: Комитет по здравоохранению Правительства Санкт-Петербурга. Центральный Научно-исследовательский Институт Рентгенологии и Радиологии (ЦНИРР), Министерство Здравоохранения и социального развития РФ, Санкт-Петербургский Городской Клинический Онкологический Диспансер (СПб ГКОД), Комитет по здравоохранению Правительства Санкт-Петербурга, Санкт-Петербургский Городской противотуберкулезный Диспансер, Комитет по здравоохранению Правительства Санкт-Петербурга, Петербургский Институт Ядерной Физики (ПИЯФ) РАН, НИИ Физики им. В.А.Фока Санкт-Петербургского государственного университета (НИИ Физики им.В.А.Фока СПбГУ), Министерство Образования РФ, Научно-Исследовательский Институт Гигиены, Профпатологии и Экологии Человека Федерального управления медико-биологических и экстремальных проблем при Минздраве России (НИИ ГПЭЧ), а также НИИ Электро-Физической Аппаратуры им.Д.В.Ефремова (ФГУП НИИЭФА), Министерство Атомной Энергии РФ, Центральное Конструкторское Бюро Машиностроения (ЦКБМ), Министерство Атомной Энергии РФ. © Авторский коллектив: В.М.Виноградов, А.М.Червяков, Л.А.Тютин, Н.К.Абросимов, Ж.Л.Карлин, Д.М.Селиверстов, Г.М.Манихас, Т.Г.Худякова, С.И.Чикризов, Ф.А.Цымбал, А.С.Радилов, Н.А.Одинцов, Н.И.Русаков, М.Ф.Ворогушин, А.В.Степанов, Ю.Н.Гавриш, Ю.Г.Ткачук, О.А.Штуковский, В.А.Шишов, В.Ф.Жемков, А.С.Нейштадт, А.В.Шошмин, В.М.Черемисин, Ю.С.Кудрявцев, Ф.Ф.Валиев, Л.И.Виноградов, Ю.П.Галюк, С.Н.Иголкин, В.П.Кондратьев, В.И.Лазарев, А.С.Иванов, А.К.Зароченцев, Г.А.Феофилов 1. ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: Создание в Санкт-Петербурге высокотехнологичного медицинского комплекса диагностики и лечения онкологических заболеваний для СевероЗападного региона России - «Центр высокотехнологичных методов лучевой терапии» на базе новейших методов лучевого лечения опухолевых заболеваний ускоренными ядрами водорода (протоны) и углерода-12 ("адронная терапия") и современных технологий ранней диагностики и планирования лечения. 4 1. Название проекта и классификация Полное название: Северо-Западный межрегиональный центр высокотехнологичных методов лучевой терапии Краткое название: Центра Адронной Терапии и Диагностики Область технологии: BIO-PAB, BIO-RAD, INF-COM, INF-DAT, INF-IMA, INS-DET, INS-MEA, MAN-COM PHY-ANU, PHY-PFA Разработка технологий. Демонстрация технологий. Апробация и внедрение. Категория разработки: 2. Институты-Участники Институт-Участник 1 Краткое название: ЦНИРРИ Полное название: Центральный Научно-Исследовательский Рентгено-Радиологический Институт 70/4, Ленинградская пос.Песочная Дом, улица: Город: Санкт-Петербург Индекс: Область: Гранов Анатолий Михайлович Лицо, имеющее право подписи от имени института: Академик Звание: Телефон: Директор Должность: Факс: +7(812)5966705 Эл. почта: Россия Страна: 197758 +7(812)5966705 [email protected] Министерство Здравоохранения РФ Министерство (ведомство): Помощник Руководителя проекта в институте: Профессор, д.м.н. Звание: Телефон: Руководитель отдела Должность: Факс: +7(812)5968737 Эл. почта: Виноградов Валерий Михайлович +7(812)5966705 [email protected] Институт-Участник 2 Краткое название: ПИЯФ Полное название: Петербургский Институт Ядерной Физики Дом, улица: Город: Индекс: Орлова Роща Гатчина Звание: Эл. почта: Самсонов Владимир Михайлович Должность: Факс: +7(81271)30036 Эл. почта: +7(81271)37196 Российская Академия Наук Помощник Руководителя проекта в институте: Телефон: Директор [email protected] Министерство (ведомство): Звание: Россия Страна: 188300 Лицо, имеющее право подписи от имени института: Телефон: Ленинградская Область: К.ф.-м.н. +7(81271)46013 Абросимов Николай Константинович Должность: Факс: Заведующий отделом +7(81271)30010 [email protected] 5 Институт-Участник 3 Краткое название: СПбГУ НИИ Физики им.В.А.Фока Полное название: Научно-Исследовательский Институт Физики им.В.А.Фока Санкт-Петербургского Государственного Университета 1, Ульяновская Дом, улица: Город: Санкт-Петербург Индекс: Область: Страна: 198504 Рюмцев Евгений Иванович Лицо, имеющее право подписи от имени института: Профессор Звание: Телефон: Должность: Факс: +7(812)4287220 Эл. почта: Россия Директор +7(812)4287240 [email protected] Министерство Образования Российской Федерации Министерство (ведомство): Институт-Участник 4 Краткое название: СПбГКОД Полное название: Санкт-Петербургский Городской Клинический Онкологический Диспансер 3/5, 2-ая Березовая Аллея Дом, улица: Город: Санкт-Петербург Индекс: Область: Страна: 197022 Манихас Георгий Моисеевич Лицо, имеющее право подписи от имени института: К.м.н. Звание: Телефон: Должность: Факс: +7(812)1569900 Эл. почта: Россия Главный Врач +7(812)2342710 [email protected] Комитет по Здравоохранению Санкт-Петербурга Министерство (ведомство): Помощник Руководителя проекта в институте: К.м.н. Звание: Телефон: Чикризов Сергей Иванович Должность: Факс: +7(812)2340053 Заведущий лучевым отделением +7(812)2342710 Эл. почта: Институт-Участник 5 Краткое название: СПбПТД Полное название: Санкт-Петербургский Городской Противотуберкулезный Диспансер Дом, улица: Город: Индекс: улюЗвезднаяб12 Санкт-Петербург Область: Страна: 196158 Жемков Владимир Филиппович Лицо, имеющее право подписи от имени института: Звание: Телефон: К.м.н. Россия Должность: Факс: +7(812)7269289 Главный Врач +7(812)7267276 р.т. 89013033396 Эл. почта: [email protected] Министерство (ведомство): Комитет по Здравоохранению Санкт-Петербурга 6 Помощник Руководителя проекта в институте: д.м.н. Звание: Телефон: Нейштадт Александр Самуилович Должность: Факс: +7(812)3169140 Заведущий отделением +7(812)7267276 Эл. почта: Институт-Участник 6 Краткое название: НИИ ГПЭЧ Полное название: Научно-Исследовательский Институт Гигиены, Профпатологии и Экологии Человека Федерального Управления Медико-Биологических и экстремальных проблем П/о Кузьмоловское Всеволожский район Дом, улица: Город: Санкт-Петербург Индекс: Страна: 188663 Профессор Телефон: Должность: Факс: +7(812)5349216 Эл. почта: Россия Рембовский Владимир Романович Лицо, имеющее право подписи от имени института: Звание: Ленинградская Область: Директор +7(81270)93506 [email protected] Министерство Здравоохранения России Министерство (ведомство): Помощник Руководителя проекта в институте: Доктор Звание: Телефон: Должность: Факс: +7(812)5349216 Эл. почта: Радилов Андрей Станиславович Заместитель Директора +7(81270)93506 [email protected] Другие Институты-Участники Институт-Участник 7 Краткое название: ФГУП НИИЭФА им.Д.В.Ефремова Полное название: Федеральное Государственное Предприятие Научно-Иследовательский Институт Электрофизической Аппаратуры им.Д.В.Ефремова Дом, улица: Город: Индекс: 3, Металлострой Санкт-Петербург Область: Страна: 196641 Ворогушин Михаил Феофанович Лицо, имеющее право подписи от имени института: Звание: Телефон: Эл. почта: Д.ф.-м.н. Должность: Факс: +7(812)4644466 Эл. почта: +7(812)4644460 Министерство по Атомной Энергии Российской Федерации Помощник Руководителя проекта в институте: Телефон: Заместитель Генерального Директора [email protected] Министерство (ведомство): Звание: Россия Д.т.н. +7(812)4627771 Степанов Альберт Владимирович Должность: Факс: Главный научный сотрудник +7(812)4644460 [email protected] 7 Институт-Участник 8 Краткое название: ЦКБМ Полное название: Центральное Конструкторское Бюро Машиностроения 3, Красногвардейская Дом, улица: Город: Индекс: Санкт-Петербург Область: Страна: 195271 Русаков Николай Иванович Лицо, имеющее право подписи от имени института: Звание: Телефон: К.т.н. Россия Должность: Факс: +7(812)2241279 Заместитель Директора +7(812)2243407 Эл. почта: Министерство по Атомной Энергии Российской Федерации Министерство (ведомство): Одинцов Николай Анатольевич Помощник Руководителя проекта в институте: Звание: Телефон: Должность: Факс: +7(812)1838745 Эл. почта: Начальник отдела +7(812)1847689 [email protected] 3. Зарубежные Коллабораторы/Партнеры Название организации: Город: Индекс: Европейский Центр Ядерных Исследований (ЦЕРН) Женева-23 Область/штат: СН-1211 Лицо, участвующее в Международном научноконсультативном совете проекта: Страна: Манжит Досанж Звание: Телефон: Швейцария Должность: Факс: 41-22 7671791 Эл. почта: Заместитель директора 41-22 7821844 [email protected] Центр Мед-Астрон Название организации: c/o Viktor Kaplan-Strasse 2 Дом, улица: Город: Индекс: Вена Область/штат: A-2700 Лицо, участвующее в Международном научноконсультативном совете проекта: Звание: Wr. Neustadt Страна: Австрия Dr. Erich Griesmayer Professor Телефон: +43 (0)2622 90333 11 Эл. почта: [email protected] Managing Director Fotec GmbH Technical Project Leader MedAustron +43 (0)2622 90333 99 Должность: Факс: 4. Продолжительность проекта - 5 лет. 8 ОРГАНИЗАЦИОННПЯ СТРУКТУРА ПРОЕКТА: Медународный консультационный комитеттет Локальный Петербургский Санкт- Городской Комитет здравоохранения Правительство СанктПетербурга научно-консультационный комитет Группа Управления Проектом Медународный консультационный комитет : Уго Амальди (Италия) - U.Amaldi (CNAO, Italy) Паул Брайант (ЦЕРН) - P.Bryant(CERN) Манжит Досанж (ЦЕРН, ENLIGHT++) - M.Dosanj (CERN, ENLIGHT++) Анатолий Михайлович Гранов (ЦНИРРИ, Россия) - Acad. A.M.Granov (CRIRR, Russia) Эрих Грисмайер (Австрия) - E.Griesmayer (MedAustron, Austria) П.Лукас(Австрия) - Prof. P.Lucas(Insbruck, Austria) Мейнхард Реглер (Австрия) - M.Regler (Austria) Хорст Шенауер (ЦЕРН) - H.Schönauer (CERN) Локальный Санкт-Петербургский Научно-консультационный комитет в составе: --представители институтов-участников -- представители Комитета по здравоохранению. Группа Управления проектом реализует решения, принятые Научноконсультационными советами и одобренные Городским комитетом здравоохранения и Правительством Санкт-Петербурга. Научная экспертиза данного проекта и оценка его медицинской, технической и экономической целесообразности определяется в тесном взаимодействии и в сотрудничестве с Европейским Центром Ядерных Исследований (ЦЕРН), с Европейской программой создания сети центров адронной терапии на основе легких ионов ENLIGHT++ - ( the European Network for LIGht Ion Hadron 9 Therapy), в частности, в сотрудничестве с такими национальными центрами как Med-AUSTRON (Vienna) и CNAO (Pavia, Italy). Для экспертизы решений по оптимальному выбору технических решений для Санкт-Петербурга организуется Международный Научный Совет, в состав которого приглашены признанные мировые лидеры данного направления. Центр обеспечит на 30 лет вперед для 10 миллионного населения региона весь необходимый комплекс услуг по эффективной диагностике, планированию и лечению одного из тяжелейших недугов (10-12 тысяч пациентов за год). Данный центр, основанный на системном применении самых современных методов ионно-лучевой терапии, ранней диагностики, новейших информационных технологий и фундаментальных разработок как зарубежных, так и российских ученых, должен превзойти по техническим характеристикам и функциональности аналогичные европейские центры, запускаемые в эксплуатацию настоящее время. Последнее достигается за счет разумного сочетания новейших методик с модернизацией уже имеющихся в Петербурге комплексов ядерно-физических установок, что определяет высокую экономическую эффективность проекта по сравнению как с российскими, так и с зарубежными аналогами. Центр предназначен для эффективной ранней диагностики и лечения различных локализованных онкологических новообразований на основе использования современных ядерно-физических методик. Последние включают, в том числе, уникальные новейшие методики безоперационного лечения опухолей, находящихся в непосредственной близости от критических органов и глубоко расположенных, которые не поддаются обычным радиотерапевтическим или хирургическим методам. Актуальность проекта связана с общей неблагоприятной обстановкой с онкологическими заболеваниями в регионе. В силу ряда причин (в том числе в связи с физическим и моральным износом имещегося оборудования и невозможностью массового применения новых эффективных технологий диагностики и лечения) эффективную медицинскую радиотерапевтическую помощь ежегодно недополучают несколько тысяч онкологических больных СанктПетербурга и области. Аналогична ситуация и в других регионах Северо-Запада России. Все это диктует необходимость скорейшего внедрения в Северо-Западном регионе и в Санкт-Петербурге современных высокоэффективных методов раннего выявления и терапии онкологических заболеваний. Стратегия проекта основана на системном подходе к проблеме (ранняя диагностика, выбор оптимальной технологии лечения, быстрая и эффективная терапия, подготовка медицинских и технических специалистов, проведение научных исследований) и состоит в разумном сочетании модернизации существующего ядерно-физического оборудования, уже используемого в лечебнодиагностическом процессе, со строительством нового комплекса установок адронной терапии, непосредственно интегрированного в существующую инфраструктуру ЦНИРРИ, НИИ онкологии и новой Онкологической больницы в пос.Песочный. 10 Основные задачи проекта: 1) Модернизация и переоснащение существующих лечебнодиагностических подразделений с целью оперативного расширения медицинских радиотерапевтических приложений (2008-2009 гг.). Тендер на модификацию 1 ГэВ протонного пучка ПИЯФ с целью использования пика Брегга для расширения терапевтических применений пучка в Гатчине (1 кв. 2008 г.) Тендер на модернизацию 80 МэВ протонного циклотрона и изготовление оборудования для безоперационного лечения глазных меланом (1 кв. 2008 г.). Тендер на модификацию 1 ГэВ протонного пучка ПИЯФ с целью использования пика Брега для расширения терапевтических применений в Гатчине (1 кв. 2008 г.). Тендер на установку новых 12 однофотонных томографов для кабинетов радиоизотопной диагностики (1 кв. 2008 г.). Разработка, апробация и демонстрация пилотного прототипа новой информационной системы для диагностических данных массовых обследований населения на основе новейшей информационной системы GRID (цифровые флюорография и маммография: Флюо- и Маммо- GRID для Санкт-Петербурга) (2008 г.). Разработка электронной карты пациента для использования в системе диагностики и лечения онкологических заболеваний на унифицированной платформе информационной системы GRID (Флюо- и Маммо- GRID) (2009 г.). Тендер на модификацию 3-х циклотронов для расширения наработки радиоизотопов (ЦНИРРИ - 19 МэВ , “Позитрон” - 19 МэВ, СпбГУ-6 МэВ) (2009 г.). Тендер на создание 3-х новых радио-фармацевтических лабораторий при циклотронах (2009 г.). Установка и демонстрация в 2008 году специализированной системы сверхранней диагностики онкологических заболеваний на основе многофакторного анализа сыворотки крови, апробированной ранее, и ее интеграции в систему GRID (2008-2009 гг.). Создание научно-образовательного центра био-медицинских исследований на базе циклотронной лаборатории СпбГУ (2008-2009 гг.). 2) Применение современных радио-терапевтических технологий (2008-2012). Подготовка технических требований, технико-экономической, конструкторской и проектной документации для создания комплекса протонного и углеродного ускорителей для адронной терапии, 11 интегрированного в существующую инфраструктуру в пос.Песочный (ЦНИРРИ, НИИ онкологии и новая Онкологическая больница (2008 г.) Тендер на создание комплекса протонного и углеродного ускорителей для адронной терапии (Siemens, Mitsubishi, IBA, Новосибирск) (2008 г.). Работы по строительству и оснащению центра в пос.Песочный (2009 –2011 гг.). Сдача в ввод в эксплуатацию центра в пос.Песочный. Его интеграция в существующую инфраструктуру и информационную систему GRID. Начало клинической эксплуатации. (2012г.). Качественно новый уровень сотрудничества между институтами различной ведомственной принадлежности, участвующими в программах массовой ранней диагностики онкологических заболеваний, отборе пациентов и организации лечения, будет достигнут в Санкт-Петербурге на основе применения новейших информационных GRID технологий. 12 ФИНАНСОВАЯ СТРУКТУРА ПРОЕКТА НАИМЕНОВАНИЕ ПОЛНАЯ СТОИМОСТЬ, млн.руб. Составляющие сроки 00 Подготовительная стадия: Совещание Международного научного совета в СанктПетербурге в октябре 2007, презентация новых ускорительных комплексов Новосибирска и Дубны, подготовка тендера и выработка рекомендаций на 2008 год 0.34 Расходы на проведение Совещания: приглашение в СПб с полной оплатой: 10 человек * 1000 евро (дорога + проживание, 3 дня) Октябрь 2007 0 Управление проектом 15 20082012 1 Развитие уникальных специализипрованных методик ПИЯФ (г.Гатчина) стереотаксического облучения протонами опухолей у основания черепа 20 20082010 2 . Модернизация имеющегося источника протонного пучка для адаптации к лечению злокачественных опухолей с производительностью до 1 тыс. пациентов в год с использованием пика Брэгга. 55 20082010 3 Создание офтальмологического пучка производительностью до 2 тыс. пациентов в год с использованием пика Брэгга 50 20082010 4 Пилотное внедрение, доработка и запуск новых методик на протонных пучках в ПИЯФ 15 20102012 5 . Переоснащение 12 лабораторий радиоизотопной диагностики. 206 20082010 5.1 (Модификация 3-х циклотронов для производства радиоизотопов, 3 новые фармлаборатории). 5.2. 12 аппаратов «Эфатом» 6 12*460=5520000$=4 160 000Eu = 165.6 млн.оуб 5.3. Эксплуатация (+Зарплата 50 чел.3года) 60 6.1.Перевод в цифровой формат рентгенодиагностического оборудования скриннинговой и уточняющей (биопсийной) маммографии. 90 60 6.2. Эксплуатация (+Зарплата 50 сотр) 7 Создание научнообразовательного центра медико-биологических исследований на базе отечественных разработок и GRID-лаборатории в СПбГУ 70 20082010 20102012 20082010 20102012 20082010 13 8. Информационное обеспечение ЛПУ Санкт-Петербурга. Создание единой распределенной информационной базы диагностический информации. 8.1.Единая электронная карта пациента. Апробация . Пилотное внедрение. Доработка и промышленная реализация. 17 8.2. Организация и поддержание системы получения и анализа медицинских изображений для ранней диагностики злокачественных новообразований (цифровых маммограмм и флюорограмм) на базе цифровых сетей GRID и MammoGRID. Апробация. Пилотное внедрение. Доработка и промышленная реализация. 17 Оборудование+программное обеспечение для создания 100 рабочих мест. Авторское сопровождение . Итого 17 млн руб. Оплата электронных коммуникаций, зарплата - 17 млн руб 8.3. Новейшие информационные методики в рамках ENLIGHT++ и подготовка специалистов для СевероЗапада. 9 Вариант 1: «под ключ» - 20%- здание; 2008-тендер 60% - высоко-технологичное оборудование(включая гантри); 20092011(строи тельство) 10% - другое оборудование 2012(сдача в эксплуатац ию) 10% - управление и планирование синхротрон (Siemens, Mitsubishi, 8 500 (250 IBA) (2008 г.). млн.евро) Вариант 2: Протонноуглеродный ускорительный комплекс ИЯФ СО РАН(Новосибирск) 2008-2012 2008-2012 Протонно-углеродный ускорительный комплекс адронной терапии, интегрированный в инфраструктуру ЦНИРРИ, НИИ онкологии и Онкологического госпиталя в пос. Песочный Европа, 2008-2010 2009-2012 1700 - ускоритель 1000 - Здание и инженерные структуры, 1700 - другое оборудование ИТОГО: 4400 ИТОГО инвестиции за 5 лет:: Вариант 1: Вариант 2: 2008-2012 =9175 млн.руб =5075 млн.руб 14 ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ И СТРУКТУРА РАСХОДОВ (2008-2012) Расходы по годам (млн.руб.) 2007 Совещание по Проекту в Санкт-Петербурге в октябре 2007, презентация ускорительных комплексов Новосибирска и Дубны, подготовка тендера и выработка рекомендаций Международным научным и локальным научнотехническим советами 0 2008 2009 2010 2011 2012 0.340 Итого, млн.руб. 0.340 (10000 евро) 10 *1000 евро (дорога +проживание, 3 дня= 10000 евро. Управление проектом 15 3 3 3 3 3 1 Развитие уникальных специализипрованных методик ПИЯФ (г.Гатчина) стереотаксического облучения протонами опухолей у основания черепа 11 6 1 1 1 20 2 Модернизация имеющегося источника протонного пучка для адаптации к лечению злокачественных опухолей с производительностью до 1 тыс. пациентов в год с использованием пика Брэгга. 32 20 1 1 1 55 3 Создание офтальмологического пучка производительностью до 2 тыс. пациентов в год с использованием пика Брэгга 30 17 1 1 1 50 4 Пилотное внедрение, доработка и запуск новых методик на 3-х протонных пучках в ПИЯФ - - 5 5 5 15 5 Переоснащение лабораторий радиоизотопной диагностики. 5.1. Модификация 3-х циклотронов для производства радиоизотопов, 3 новые фармлаборатории 25 25 50 75 81 156.6 5.2. Переоснащение лабораторий радиоизотопной диагностики –установка 12 гамма=камер (ЭФАТОМ) 20 5.2.Эксплуатация (зарплата 50 чел.)= 6 6.1.Перевод в цифровой формат рентгенодиагностического оборудования скриннинговой и уточняющей (биопсийной) 50 20 20 20 20 60 90 15 маммографии. 6.2. Эксплуатация (зарплата 50 чел.)= 20 20 20 60 7 Создание научнообразовательного центра медико-биологических исследований на базе отечественных разработок и GRID-лаборатории в СПбГУ 30 40 8 Информационное обеспечение ЛПУ Санкт-Петербурга. Создание единой распределенной информационной базы диагностический информации. 15 11 3 3 3 34 300 3700 2000 2000 500 8 500 (250 млн.евро) 200 2800 800 400 200 1700 70 8.1.Единая электронная карта пациента. Апробация . Пилотное внедрение. Доработка и промышленная реализация. 8.2. Организация и поддержание системы получения и анализа медицинских изображений для ранней диагностики злокачественных новообразований (цифровых маммограмм и флюорограмм) на базе цифровых сетей GRID и Mammo-GRID. Апробация. Пилотное внедрение. Доработка и промышленная реализация. 8.3. Новейшие информационные методики в рамках ENLIGHT++ и подготовка специалистов для Северо-Запада. 9 Протонно-углеродный ускорительный комплекс адронной терапии, интегрированный в инфраструктуру ЦНИРРИ, НИИ онкологии и Онкологического госпиталя в пос. Песочный Вариант 1: «под ключ» - Европа, синхротрон (Siemens, Mitsubishi, IBA) (2008 г.). Вариант 2: Протонноуглеродный ускорительный 1000 16 комплекс ИЯФ СО РАН(Новосибирск) 1700 ИТОГО: 4400 ИТОГО инвестиции за 5 лет:: Вариант 1: Вариант 2: 571 3924 2075 2055 555 =9175млн.руб 471 3024 875 455 255 =5075млн.руб 0.34 0.34 17 II. Расширенная информация по проекту Цель проекта: создать в С.Петербурге уникальный медицинский комплекс высоких медицинских технологий - «Центр адронной терапии и диагностики онкологических заболеваний для Северо-Западного региона», который обеспечит для примерно 10 миллионного населения на 30 лет вперед оказание всего необходимого комплекса услуг по эффективной диагностике и лечению одного из тяжелейших недугов. Данный центр, основанный на системном применении самых современных методов ионно-лучевой терапии, новейших информационных технологий и фундаментальных разработок как зарубежных, так и российских ученых, должен превзойти по техническим характеристикам и функциональности аналогичные европейские центры, запускаемые в эксплуатацию настоящее время. Последнее достигается за счет разумного сочетания новейших методик с модернизацией уже имеющихся в Петербурге комплексов ядерно-физических установок, что определяет высокую экономическую эффективность проекта по сравнению как с российскими, так и с зарубежными аналогами. 1. ВВЕДЕНИЕ. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В развитых странах, в том числе в России, онкологические заболевания стоят по числу унoсимых жизней на 2-м месте после сердечно-сосудистых болезней с устойчивой тенденцией к росту, они представляют собой важнейшую социальную проблему и являются основным фактором смертности населения между 45 и 65 годами. В Европе каждый год заболевают около 1.5 млн человек, вылечивается примерно 50% (по данным по 5-летнему контролю). Методики лучевого лечения злокачественных опухолей остаются основным инструментом современной онкологии. По данным ВОЗ, в лучевой терапии нуждаются до 70% онкологических больных. К сожалению, высокая стоимость требуемого оборудования ограничивает реальные возможности практический медицины. По имеющимся сведениям, в среднем по России лучевое лечение получают лишь 30% пациентов. При этом, как ни парадоксально, Санкт-Петербург, являясь вторым по величине и научно-техническому потенциалу регионом России, существенно отстает в этом отношении даже от среднероссийских показателей - в нашем городе этот показатель не превышает 15-20%. Это во многом связано с экономическими трудностями предыдущего переходного периода, приведшими к тому, что при нормативной потребности региона в 25-30 установках лучевого лечения опухолей в настоящее время имеется только 13, включая изношенное и морально устаревшее оборудование региональных учреждений здравоохранения и оборудование, имеющееся в клиниках федеральных институтов. В результате эффективную медицинскую помощь ежегодно недополучают несколько тысяч онкологических больных Санкт-Петербурга. Аналогичная ситуация сложилась и в других регионах Северо-Запада России. Выходом из сложившегося положения (наряду с расширением количества действующих в регионе установок для лучевой терапии злокачественных опухолей) является скорейшее внедрение самых современных высокоэффективных методов ранней диагностики и лечения , предложенных фундаментальной наукой и уже апробированных в ряде развитых стран. Только системный подход к проблеме, основанный на модернизации всей цепи – от эффективной ранней диагностики до новейших методик терапии - позволит существенно повысить общую эффективность, в том числе снизить средние затраты на лечение и увеличить пропускную способность лечебных комплексов. 18 Ниже приводятся мотивация и обоснование, основная задачи и структура проекта, план работы и список необходимых бюджетных затрат. 2. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА. 2.1. Лучевая терапия В Европе в настоящее время примерно 20000 пациентов из каждых 10 млн. населения проходят ежегодно через традиционную лучевую терапию (ЛТ) на основе облучения рентгеновскими или электронными пучками Основная цель ЛТ – обеспечить максимальное облучение опухоли при минимальной лучевой нагрузке на соседние ткани. Детальные принципы лечения и сравнение разных методов можно найти в работах [1-3], обзор современного методик и состояния проблемы с новейшими медиками содержится в [4]. Принцип традиционной лучевой терапии (радиотерапии) основан на различной способности к восстановлению молекул ДНК после облучения у здоровых и у раковых клеток. Повреждения ДНК могут быть вызваны ионизирующими излучениями того или иного сорта прямым или косвенным способом. Основным механизмом является ионизация молекул воды, приводящая к образованию чрезвычайно химически активных свободных радикалов, которые затем и повреждают ДНК. При традиционной радиотерапии (характеризуемой относительно малыми потерями на ионизацию при прохождении излучения через живую ткань) преимущественно происходят однократные повреждения спирали ДНК, которые довольно быстро «залечиваются» у нормальных клеток. Больные клетки не обладают этой способностью в той же степени, и их регенерация замедляется либо вовсе прекращается. При этом насыщение тканей опухоли кислородом позволяет «фиксировать» повреждения ДНК и дополнительно повышает эффективность метода. Однако кислородный фактор иногда может быть и одним из ограничений радио-терапии: ряд опухолей оказываются слабо чувствительными к гамма-облучению (радиорезистентные опухоли). Идеальная терапия должны воздействовать на больные ткани и совсем не затрагивать здоровые, и в особенности на так называемые «органы риска» (Рис.1.а). Современные методики конформного гамма-облучения опухоли(Conformal and Intensity Modulated Techniques), IMRT – применение нескольких полей облучения при модулировании интенсивности) обеспечивают наиболее щадящий режим для окружающих опухоль тканей (рис.1.b). Традиционная ЛТ характеризуется повышенной дозовой нагрузкой на живые ткани на входе пучка, практически экспоненциальным спадом с глубиной проникновения и заметным облучением тканей за опухолью, что является ее основным принципиальным недостатком ЛТ. Использование техники модуляции интенсивности пучков и комплексного планирования облучения IMRT, при которых используются компьютерные программы оптимизации полей и их интенсивностей, позволяют снизить дозовые нагрузки на живые ткани и сосредоточить распределение доз в объеме опухоли. Тем не менее, даже при использовании IMRT существует определенный предел дозовых нагрузок, связанный с упомянутой выше особенностью взаимодействия рентгеновских или электронных пучков с веществом. Последнее приводит к тому, что ряд глубоко расположенных опухолей оказывается «недолеченными». 19 2.2. Адронная терапия Протонная терапия дает тот же биологический эффект, что и ЛТ, но отличается распределением дозы по глубине проникновения: в случае протонов максимум дозовой нагрузки оказывается сосредоточен в конце пробега в тканях (пик Брегга). Протоны имеют биологический эффект на 10% выше, и при этом оставляют меньше энергии в здоровых тканях, чем при ЛТ. Использование протонов несет целый ряд дополнительных преимуществ по сравнению с ЛТ и IMRT, среди них возможность формирования узких, направленных, слабо расходящихся и глубоко проникающих пучков для точного сканирования по объему опухоли. Таким образом, возможно существенное (более, чем в 2 раза) снижение интегральной дозовой нагрузки на ткани тела пациента при достижении необходимой дозы в объеме опухоли. В настоящее время протонная терапия интенсивно развивается во всем мире, насчитывается уже более 50 тыс пациентов, прошедших через облучение на протонных пучках. В Европе в настоящее время работает несколько центров протонной терапии глубоко расположенных опухолей: Орсэ(Франция), Мюнхен(Германия), Упсала(Швеция), Виллиген (Швейцария). Кроме того, существует несколько установок с пучками протонов низких энергий, которые применяются в офтальмологии (высокоэффективное лечение глазных меланом). В России действенные меры для организации протонной терапии принимаются в Московском регионе. Вопросы развития лучевой и протонной терапии в России недавно рассматривались в Росатоме на заседании Научнотехнического совета № 5: «Протонная лучевая терапия в мире и в России – проблемы, технологии, перспективы». Губернатором Московской области принято решение о финансовой поддержке работ по созданию Центра протонно-ионной лучевой терапии (ЦПИЛТ) на базе крупнейшего ускорительного комплекса в Протвино. При поддержке правительства Москвы начаты работы по проектированию цента протонно-лучевой терапии под руководством ИТЭФ на базе городской клинической больницы им. С.П.Боткина. В течение ряда лет ведутся работы по созданию ПЛТ в ИЯИ РАН (Троицк, Московская обл.). В физикотехническом центре Физического института им. П.Н.Лебедева (Протвино, Моск.обл.) при поддержке правительства Московской области ведутся работы по созданию компактного комплекса ПЛТ при городской больнице на основе специализированного синхроциклотрона. В 2006 году были начаты работы в Нижнем Новгороде в рамках инвестиционного проекта по созданию высокотехнологичного медицинского исследовательского онкологического центра, основанного на использовании протонов. 20 Рис.1. Сравнительные распределения доз облучения по глубине тканей. Идеальный вариант профиля дозы с облучением только зоны расположения опухоли (a), рутинные методики радио-терапии (гамма-облучение) (b), сканирование объема опухоли протонным пучком с использованием пика Брега (c) и пучком ускоренных ионов углерода-12 (d). Серым выделены области дополнительного облучения (из материалов доклада [3]). Терапия протонными (рис.1.c). и углеродными пучками (рис.1.d). признана на сегодня наиболее эффективной и самой прецизионной (точной) формой лучевой терапии глубоко расположенных опухолей, в том числе и так называемых радиорезистентных (плохо поддающихся фотонной терапии). [1,2]. Это связано с особым механизмом передачи энергии ускоренных частиц биологическим тканям, так называемым “пиком Брегга”(рис.2). , т.е. максимальным выделением энергии в конце пробега перед остановкой иона в биологической ткани. Положение пика Брегга (глубина расположения пика в облучаемой ткани) зависит от энергии частиц, что дает возможность, плавно изменяя эту энергию, прецизионно сканировать облучаемую область, получая практически однородное распределение дозы облучения по облучаемому объему (опухоли) с относительно небольшим облучением окружающих здоровых тканей. Рис.2. Передача энергии (LET) ионизирующими излучениями биологическим тканям как функция глубины проникновения (depth). Пик Брега для протонов и ионов 12С и 22Ne. Красной широкой полосой отмечена область больших значений «относительной биологической эффективности» - RBE~3 для ядер углерода 12 в пике Брегга.[1, 2]. 21 Терапия ионами углерода-12, обладает дополнительными – весьма существенными - преимуществами по сравнению с протонами и другими ионами. При той же глубине пробега, что и протоны, они оставляют в опухолевой клетке в 24 раза больше энергии. В результате наблюдаются множественные двойные разрывы спирали ДНК, которые уже не восстанавливаются нормальными клеточными механизмами. Это выделяют их применение как наиболее современный, эффективный и точный метод лучевой терапии: пик Брэгга для ионов 12С превосходит соответствующий протонный пик в несколько раз, при этом существенно выше оказывается и относительная биологическая эффективность (Relative Biological Effectivness- RBE) (Рис.2). Таким образом, в конце пробега эффекты взаимодействия ионов 12С с живыми тканями качественно иные, чем при ЛТ или протонной терапии. Повышенная (примерно в 3 раза) по сравнению с ЛТ и протонами биологическая эффективность ионов 12С открывает совершенно новые и уникальные возможности безоперационного лечения глубоколежащих локализованных опухолей, не поддающихся традиционным способам лечения. При этом ионы 12С удивительным образом несут в себе свойства «терапевтической» частицы на начальных стадиях пробега в тканях. Также в несколько раз меньше оказывается разброс отклонений от цели для данного «снаряда». Таким образом, ядра углерода являются удивительными частицами, которые обладают свойствами терапевтических излучений в начале пробега через живую ткань и вдруг превращаются в «хирургические частицы» в области опухоли. Применение ионов углерода в лучевой терапии несет следующие уникальные преимущества: (1) быстро движущиеся ионы можно легко сформировать в хорошо направленные узкие пучки, проникающие в живую ткань на необходимую глубину, которая зависит от выбора энергии пучка. (2) максимальное повреждение клеток происходит в тканях опухоли, при этом живые ткани, расположенные рядом с опухолью практически не затрагиваются . (3) проникновение ионов углерода проходит почти без рассеяния и можно точно нацеливать ионы на нужное место. Обеспечивается контролируемое сканирование пучка ионов по всей опухоли даже в случае ее глубокого расположения. При этом точность контроля места остановки иона - положения пика Брегга - составляет 1 мм. (4) «Кислородный эффект» в случае ионов углерода не важен. Происходят многократные двойные разрывы двойной спирали ДНК, после которых шансов на выживание у клеток опухоли не остается. Использование адронной терапии стало возможным вследствие достижений ядерной физики и физики высоких энергий, стимулировавших на протяжении второй половины 20 века развитие ускорительной техники, разработку новейших уникальных детекторов, вычислительных систем и информационных технологий для нужд фундаментальной науки. Результативность терапии с применением ионов 12С доказана за последние 10 лет на опыте лечения 2500 пациентов в медицинском центре HIMAC (Япония) и в научном центре GSI(Германия). Программа ENLIGHT++ и новейшие высокие технологии с применением ионов 12С в практике радиотерапии. В настоящее время в Европе совместными усилиями нескольких стран и при общей координации Европейского Центра Ядерных Исследований создается международная сеть новейших центров 22 адронной терапии (ENLIGHT++), призванная обеспечить высокоэффективное и быстрое лечение пациентов. В ряде развитых европейских стран получена государственная поддержка исследованиям и применеию новых методов лучевой терапии. Многие годы велись разработки и в настоящее время уже начато строительство 2-х новых высокотехнологичных центров адронной терапии на основе протонов и ионов углерода – в Германии и Италии. Первые пациенты в этих центрах появятся в 2007 году. Еще 2 центра уже находятся в стадии проектирования при выделенном национальном финансировании (в Австрии и Франции). Планируется создание таких центров в Китае, Бельгии и в Швеции. Два современных центра адронной терапии на основе пучков ядер углерода работают уже несколько лет в Японии, и планируется создание новых. Каждый из таких центров предназначен для региона примерно с 10-миллионным населением (что приблизительно соответствует населению Северо-Западного региона России). Речь идет о применении высоких технологий и ускорительной техники для точнейшей, бескровной (!) радио-хирургии разнообразных локализованных и, в том числе, и неоперабельных новообразований. При использовании легких ускоренных ионов, которые останавливаются непосредственно в опухоли, производя максимальные разрушения больных клеток, число сеансов облучения может сокращаться до N=20-10, а в ряде случаев всего до N=1-2 получасовых сеансов облучения (вместо применяемых сегодня 30-40 сеансов при традиционной ЛТ). Литература к разделу 2: 1) M.Regler, M.Benedikt, K.Poljanc, “Medical accelerators for Hadrontherapy with Protons and Carbon Ions”, CERN Accelerator School, Seville, Spain, October 15-26, 2001, Hephy-PUB757/02, 7 June 2002; 2) M.Regler, R.Fruhwirth “Ion Therapy”, Austron Quartely, 6, 1/2001, March 2001, pp.8-14. 3) P.J. Bryant, CERN, Switzerland, “Technological developments in hadron therapy”, Rev. Sci. Instrum., Vol. 73, No. 2, Part II, Feb. 2002, p688-692). 4) Кудрявцев Ю.С., Феофилов Г.А., «Адронная терапия опухолевых заболеваний: в мире, Европе, России и Санкт-Петербурге», Медтехника и медизделия, №5(34), 29-35, сентябрь 2006. 3. Диагностика и планирование лечения. Роль и место диагностики и планирования лечения. Новейшие технологии в ранней диагностике. Выявление заболевания или предрасположенности к нему на самой ранней стадии при массовых обследованиях, организация потока пациентов в высокотехнологичные специализированные лечебные центры и эффективное лечение – вот 3 основные составляющие снижения уровня смертности от онкологических заболеваний. Чем меньше опухоль, чем раньше она обнаружена, а еще лучше, если выявлена предрасположенность к онкологическим заболеваниям и вовремя подавлена – тем выше шансы на полное выздоровление. Тем выше и общая экономическая эффективность. Для массовой ранней диагностики необходимо скорейшее внедрение самых современных диагностических методов, основанных на последних фундаментальных научных разработках и на лучших достижениях медицинского приборостроения. К ним относятся, и в данном проекте применяются, например, многофакторный спектрометрический анализ сыворотки крови, цифровые методики рентгенографии, современные позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ). Существенное снижение (в 10 раз) дозовых нагрузок при использовании 23 цифровых рентгеновских технологий и отказ от пленки при качественно новом уровне анализа снимков открывают уникальные возможности для реально достижимых массовых масштабных обследований населения. 3.1. Радиоизотопная диагностика. Уникальное положение Санкт-Петербурга как одного из ведущих мировых центров физики высоких энергий и ядерной физики позволило еще в 80х годах прошлого века, т.е. более 20 лет назад, создать в лечебных учреждениях города действующую сеть лабораторий радиоизотопной диагностики. Большинство этих лабораторий функционируют до настоящего времени, играя значительную роль в раннем выявлении онкологических заболеваний. К сожалению, в настоящее время их диагностические возможности существенно ограничены высоким моральным и физическим износом имеющегося оборудования, требующего замены на современные ОФЭКТ (SPECT) или ПЭТ томографы. 3.2. Ранняя диагностика и цифровые методики для медицинских изображений Выявление групп риска доступными и относительно дешевыми средствами с максимальной объективизацией получаемых результатов при минимальной загрузке квалифицированного врачебного персонала является одной их актуальнейших задач для современной диагностики онкологических заболеваний. Новейшие диагностические рентгеновские технологии существенно снижают дозовую нагрузку на пациента и при этом несут существенное качественные изменения снимков, повышают эффективность исследований, освобождают врача от рутинной работы, создают недосягаемые до прежнего времени условия для накопления и хранения медицинской информации, для организации удобного доступа к данным, а также для применения автоматизированных программ диагностики. Скрининг-диагностика с помощью современных медицинских приборов с использованием последних достижений медицинской статистики и средств математической обработки клинического материала позволяет решать задачи для выявления групп пациентов, подлежащих углубленному обследованию. К таким методам можно отнести как разрабатываемые в настоящее время России методы ранней диагностики предрасположенности к онкологическим заболеваниям, основанные на анализе сыворотки крови , так и методы автоматизированного анализа цифровых рентгеновских маммограмм, разрабатываемые в рамках итальянского проекта GPCALMA , и европейского проекта MammoGRID . 3.2.1. Массовые проверочные маммологические обследования Риск онкологических заболеваний груди для женщин очень высок (примерно каждая девятая женщина может услышать данный диагноз). Ранняя диагностика онкологических заболеваний молочной железы дает 96% эффективности лечения, поэтому в ряде западноевропейских стран, в США и Японии приняты в настоящее время Национальные Программы массовых маммологических обследований для женщин старше 40 лет. Данные программы стали реальностью ввиду подлинной революции в методах детектирования и визуализации медицинских изображений. За последние 40 лет данная область развивалась в направлении замены пленочных технологий на цифровые. Первые СТ (computer tomography) сканнеры, которые использовали аналоговые сигналы, преобразованные в цифровую форму, появились в начале 1970х. Методики Ядерно-Магнитного Резонанса (ЯМР), появившиеся в 1980х, 24 также были связаны с применением цифровых методов и компьютеров. На сегодняшний день цифровые методы в рентгеновской маммографии, кардиовизуализации и общей рентгенографии являются наиболее эффективными . Полномасштабная цифровая маммография - Full-Field Digital Mammography (FFDM), основанная на применении пористого селениума либо кремния, сегодня является самым совершенным и инструментом, обеспечивающим новое качество рентгеновских изображений (5-6 пар линий на мм) и уникальные возможности для диагностики (при этом обеспечивается снижение дозы примерно в 10 раз ).. Методы автоматизированного анализа цифровых рентгеновских маммограм, разрабатываемые в настоящее время в рамках итальянского проекта GPCALMA , и европейского проекта MammoGRID , должны обеспечить реализацию европейских программ массовых маммологичесих обследований. Массовые проверочные флюорографические обследования населения в настоящее время являются основным методом активного выявления скрыто протекающих заболеваний легких. В первую очередь это относится к легочным формам туберкулеза. Однако, кроме туберкулеза при этих обследованиях могут быть выявлены также и другие изменения: рак легкого; метастазы; доброкачественные опухоли; саркоидоз; пневмокониозы; эмфизема; пневмофиброз; плевральные наслоения, спайки, обызвествления по плевре; патология средостения; кардиальная патология; сколиоз позвоночника; изменения ребер. Профилактическая флюорография является основой для ранней массовой диагностики, ее регулярное проведение необходимо для возможно большего числа лиц с целью выявления наиболее ранних форм различных заболеваний. Широкое внедрение цифровой флюорографии в Москве (за год установлено более 100 цифровых флюорографов) показало, что эффективность выявления туберкулеза повышается в 2-3 раза. Однако, имеющиеся в Санкт-Петербурге цифровые флюорографы, несмотря на свою высокую эффективность, не используются в полной мере.. Это связано с тем, что не была создана общедоступная (для специалистов) база данных на больных, обработка снимков до сих пор идет «вручную», отсутствуют экспертные программы автоматизированной обработки изображений (компьютерная диагностика – Computer Aided Diagnоstics, или CAD, позволяющая выявлять заболевание на уровне и даже лучше самых опытных экспертов). Еще один фактор, который снижает эффективность подготовки кадров, - это то, что в учебном процессе до сих пор используются пленочные снимки. 3.2.2. 3.2.3. Для ликвидации этих недостатков предлагается создать единую информационную систему Fluo-Mammo-GRID, объединяющую – на принципиально новом уровне, - все данные диагностических флюорографических (и постепенно и маммографических) исследований в Петербурге. Накопленный в СПбГУ практический опыт реализации GRID в системе распределенной обработки данных международного эксперимента ALICE на Большом Адроном Коллайдере в ЦЕРНе (80 институтов из 30 стран мира, 1000 участников), международный опыт применения данных технологий в маммографии, позволяет выдвинуть идею организации унифицированной системы информационного обеспечения массовых флюорографических и маммографических обследований населения Северо-Западного региона на основе современных информационных GRID-технологий. 25 Разработка Fluo-Mammo-GRID для Санкт-Петербурга имеет следующие преимущества: Fluo-Mammo-GRID основан на самых современных разработках по информационным технологиям, которые апробированы на практике в фундаментальных научных исследованиях Разработка Fluo-Mammo- GRID учитывает европейский опыт по специализированному применению GRID для массовых обследований населения и организации систем хранения и обработки медицинских данных (MammoGRID, GP-CALMA, HealthGRID). Работы предполагаются в тесном контакте с Европейскими проектами ENLIGHT++ и NorduNet, что, в принципе, означает участие в совместной работе по унификации форматов медицинских данных, которая ведется в Европе. организация унифицированной системы информационного обеспечения массовых медицинских обследований населения имеет значение не только для Санкт-Петербурга и Северо-Запада, но и для всей Российской Федерации. Создаваемый Fluo-MammoGRID основан на применении сертифицированных но бесплатных (Open Source) программных продуктов (GRID Middleware), работающих на операционной платформе Linux (Free Software). Выбор свободно распространяемого программного продукта в качестве основы данной унифицированной системы позволяет использовать самые современные разработки фундаментальной науки в области информационных технологий наиболее эффективным образом. Повышенная надежность сохранения информации (в сравнении с другими разработками распределенных баз данных) обеспечивается системой авторизации и контроля доступа к ресурсам, которые разработаны и применяются в том числе и в Российском GRID’e (RDIG). Предлагаемая система включает возможности дальнейшего расширения и развития: увеличение числа флюорографических и маммографических установок, появление новых врачей-пользователей, организация телеконсультаций, подключение и накопление дополнительной медицинской диагностической информации для пациентов, создание интерфейсов работы с различными форматами, применение автоматизированных систем (CAD) анализа цифровых рентгеновских изображений и диагноза. Кроме этого, создание Fluo-Mammo-GRID должны дать дополнительные и уникальные результаты непосредственно в сфере российского высшего образования, в том числе обеспечить: непосредственное участие российских аспирантов и студентов в работах связанных с внедрением самых современных информационных технологий в медицину; повысить эффективность подготовки медицинских кадров высшей квалификации путем использования учебной библиотеки профессиональных цифровых рентгеновских изображений на основе Fluo-Mammo-GRID. Применение цифровой диагностической аппаратуры в совокупности с новейшей информационной системой обеспечения массовых флюорографических обследований Fluo-Mammo-GRID обеспечит существенное снижение дозовых нагрузок на население при качественно новом и более высоком уровне надежности диагноза. 3.3. Сверхранняя диагностика с использованием Интеллектуальной лечебнодиагностическая телесистема (НИИ гигиены профпатологии и экологии человека ФУ «Медбиоэкстрем»). Данная система сверхранней диагностики, успешно апробированная на предприятиях в Западной Сибири, предназначена для массовых 26 медицинских обследований населения с применением методов компьютерной скрининг-диагностики на основе многофакторного анализа данных лазерной спектрометрии сыворотки крови. По результатам обследований формируется группа риска, которая должна проходить углубленное обследование для уточнения диагноза и, при необходимости, соответствующей терапии. Установка комплекса диагностической аппаратуры на одном из ЛПУ города и подключение к единой информационной системе диагностических данных на основе Fluo-Mammo-GRID предполагается на основе высокопроизводительного кластера СПбГУ. 3.4. Новейшие информационные технологии GRID. Все современные диагностические методики, в частности, дающие высококачественные медицинские изображения, отличаются большими объемами диагностической информации на одного пациента (например, при цифровой маммографии объем данных может достигать 50-100МВ на одно обследование). Накопление огромных массивов диагностических данных, их надежное хранение, удобный авторизованный доступ, будущее применение автоматизированных диагностических систем для выявления групп риска, возможность телеконсультаций и т.д., - и все это без увеличения нагрузки на квалифицированный врачебный персонал, - все это возможно только на основе новейших информационных технологий. В данном проекте в качестве основной информационной платформы используются новейшая технология GRID, которая уже используется в качестве уникального инструмента в физике высоких энергий, соединяя в единое целое отдельные, разрозненные, находящиеся в разных странах компьютерные ресурсы институтов-участников, работающих над общей задачей. Появление технологии GRID означает такую же революции, как и изобретение WWW-паутины в ЦЕРНе в 1992 году. Основной концепцией GRID является создание так называемой «Виртуальной организации» (ВО), состоящей из отдельных институтов, которые объединяют свои компьютерные ресурсы (вычислительные, накопительные, базы данных, программы обработки и т.д..) для работы над общей задачей. При этом каждый институт-участник получает недостижимые ранее возможности, которыми можно пользоваться достаточно гибко, сохраняя все собственные базы данных и приоритеты в работе. Социальные последствия такого объединения на единой платформе информационных систем разных лечебных институтов и диагностических центров, имеющих разную ведомственную принадлежность, еще не осознаны в полной мере. В данном проекте они означают для жителей 10-миллионного региона возможность получения высокотехнологичной диагностической помощи и эффективного лечения вне зависимости от федеральной или муниципальной принадлежности. Для врачей данная система несет существенно новые условия работы и открывает уникальные перспективы развития методик диагностики, лечения, эпидемиологических исследований, а также и подготовки специалистов. GRID, объединяющая для случая флюорографических обследований распределенные базы данных отдельных лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ) и диагностических комплексов в единую информационно-вычислительную систему показана на Рис.3. Общая структурная схема 27 Общая структура Системы Tuesday, February 06, 2007 Базы данных флюорографических исследований ЕС id Gr База данных городского диспансера СПб Врач Цифровой флюорограф Учебный класс Базы данных ЛПУ Врач Цифровой флюорограф Врач Цифровой флюорограф Page 2 Рис.3. Общая структурная схема единой информационно-вычислительной системы на основе GRID, объединяющая для случая флюорографических обследований распределенные базы данных отдельных лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ) и диагностических комплексов в единую систему. Для осуществления связи между отдельными ЛПУ будут установлены отдельные компьютеры - GRID -box’ы, соединенные в отдельную сеть, не связанную с обычным Интернетом, и входящие в структуру GRID (Рис.3). Это обеспечит организацию доступа к данным только для авторизованных лиц и при этом сохранит полную изолированность от внешнего мира всей информации, хранящейся в каждом ЛПУ. Связь между GRID -box’ами. Для осуществления связи между GRID -box’ами, входящими в структуру GRID, возможны различные решения: Одним из таких решений, обеспечивающим изоляцию серверов GRID и рабочих компьютеров врачей от обычного Интернета с целью повышения защиты, является технология VPN. Виртуальная частная сеть [Virtual Private Network, VPN] – это сеть, построенная на базе транспортной сети оператора или публичной сети (например, Интернет). Построение VPN предполагает создание защищённых от постороннего доступа «туннелей» между несколькими локальными сетями и/или удалёнными компьютерами клиента. Для создания и обслуживания подобных «туннелей» используются специальные протоколы, программное обеспечение, специфическое оборудование. Технологии виртуальных частных сетей позволяют экономически выгодно создавать защищённые корпоративные сети и объединять в единую корпоративную сеть территориально распределённые локальные сети или отдельные компьютеры удалённых офисов компании. Аналогичная система позволит объединить на той же универсальной основе и данные маммографических обследований Mammo-GRID для Санкт-Петербурга. Данные, хранящиеся в отдельных компьютерах систем Флюо- GRID и Mammo-GRID будут изолированы от внешнего обычного Интернета и доступны только авторизованным пользователям определенной виртуальной GRID организации. 28 Схема медицинской информационной системы в диспансере Tuesday, February 06, 2007 Главный врач Аналитика Статистика Экономика Регистрация пациента Начало формирования электронной истории болезни Цифровой флюорограф Врач База Данных Электронная история болезни, включая снимки Цифровой флюорограф Цифровой флюорограф Врач Данные мобильных флюорографов Врач Page 1 Общая структурная схема единой информационно-вычислительной системы для одного ЛПУ (на примере флюорографических обследований в диспансере). Рис.4. Создание электронной карты пациента. Информационное обеспечение ЛПУ Санкт-Петербурга, работающих в системе ранней диагностики и лечения онкологических заболеваний, будет реализовано на основе создание единой распределенной информационной базы диагностический информации. При этом предусматривается создание электронной карты пациента (Рис.4), что существенно облегчит работу врача, а также позволит вести на качественно новом уровне эпидемиологические исследования. Для пациентов данная информационная система означает отмену повторных снимков при переходе в другое ЛПУ, возможность оперативного изучения динамики патологии путем сравнения с архивными снимками, обеспечит повышение точности диагноза и эффективности лечения, а также возможность организации единой очереди на высокотехнологичные методики лечения. Новейшие информационные GRID -технологии распределенного сбора, обработки, передачи и надежного хранения медицинских данных. Совершенно очевидно, что существенное повышение эффективности диагностики и лечения онкологических заболеваний невозможно без выхода на принципиально новый уровень информационного обеспечения. Массовые обследования населения, повышение качества диагностической информации – неминуемо влекут за собой увеличение объемов диагностической информации. Поэтому важную роль в данном проекте играют как дооснащение лечебных учреждений цифровым рентгенографическим оборудованием (в том числе регионального происхождения), так и внедрение новейших информационных GRID -технологий распределенного сбора, обработки, передачи и надежного хранения медицинских данных. Эти 29 технологии уже входят в повседневную практику передовых медицинских учреждений Европы, т.к. без них повсеместный переход на цифровые технологии диагностики, требующий передачи, обработки и хранения крайне больших массивов информации, практически неосуществим. 3.5. Фундаментальные исследования. Помимо переоснащения существующих диагностических центров радиоизотопной диагностики остро необходимо продолжение фундаментальных исследований. Для изучения природы различных заболеваний, создания и обоснования новых методов лечения этих заболеваний в научно-исследовательских медицинских центрах различных стран мира проводятся работы по оценке биологических и физиологических процессов на животных с использованием радиоизотопной диагностики. Радиоизотопная (радионуклидная) диагностика прочно вошла в арсенал современных медицинских исследований как единственный метод, позволяющий получать картину функциональных и биохимических процессов в организме человека и обеспечивающий выявление заболеваний на самых ранних стадиях, когда другие методы недостаточно информативны. Путем введения радиофармацевтических препаратов, имеющих тропность к тем или иным органам, и последующего изучения распределения этих препаратов в организме медики имеют возможность определить малейшие отклонения от их нормального функционирования. Радиоизотопная диагностика как метод научных исследований широко применяется в таких важных областях научной и практической медицины, как онкология, кардиология, неврология, гематология, гепатология, уронефрология и ряде других. Среди методов радиоизотопной диагностики наиболее эффективными исследованиями патофизиологических и биохимических процессов зарекомендовала себя эмиссионная томография, как наиболее объективная и информативная среди визуализирующих методик, позволяющая проводить как статические, так и динамические исследования «in vivo». В Российской Федерации подобные исследования на животных не проводятся из-за отсутствия необходимого для этого оборудования, что резко снижает научный потенциал страны, направленный на развитие отечественного здравоохранения. Для выполнения фундаментальных исследований в медицине с использованием современных физико-технических подходов необходима разработка отечественного комплекса тиражируемого оборудования для медико-биологических центров, создаваемых на базе медицинских учреждений страны. В числе первых целесообразным является создание такого центра на базе Санкт-Петербургского университета, поскольку именно здесь есть действующий циклотрон, кафедра радиохимии, физический, биологический и медицинский факультеты. Фундаментальное ядерно-физическое сопровождение подготовки и проведения адронной терапии основывается на том багаже знаний и умений, которые накопило международное сообщество специалистов по физике высоких энергий и, в частности, на практическом опыте СПбГУ за последние 15 лет в моделировании процессов и в подготовке эксперимента ALICE по поиску кварк-глюонной плазмы на Большом Адроном Коллайдере в ЦЕРНе. Специалистами СПбГУ совместно с ЦНИРРИ будет начато моделирование процессов облучения биологических тканей протонами и ионами 12C на основе самых современных Монте-Карловских пакетов программ GEANT и FLUKA. Верификация данных расчетов и адаптация к системе планирования облучения в случае использования адронной терапии является одной из важнейших задач данной работы. 30 Для детального расчета процессов облучения биологических тканей протонами и ионами 12C в рамках современного Монте-Карловского пакета программ GEANT на основе существующего в университете кластера требуется несколько часов машинного времени в расчете на одного пациента. С учетом того, что число пациентов составит примерно 10000 человек в год, требуется замена существующих компьютеров на высокопроизводительные кластеры, которые позволят существенным образом сократить временные затраты на необходимые для каждого пациента расчеты положения пика Брегга с высокой статистикой. На стадии отладки и оптимизации алгоритмов расчетов на основе пакетов GEANT м FLUKA необходим кластер, состоящий из 10 компьютеров, снабженных лицензионными операционными системами Windows-XP и LINUX, со следующими параметрами: 2 ГГц, 1024 Мбайт ОЗУ, 500 Гбайт жесткие диски. 4. Научный, технический и медицинский потенциал Санкт-Петербурга Научный, технический и медицинский потенциал Санкт-Петербурга общеизвестен и имеет, в том числе, международное признание. Накопленный опыт сотрудничества в физике высоких энергий, существующие международные связи и включение Санкт-Петербурга в создаваемую европейскую сеть новейших центров адронной терапии ENLIGHT++, означают возможность использования проверенных методик и технологий как при требуемой реконструкции существующих высокотехнологических диагностических и лечебных комплексов, так и при создании нового центра, который существенно увеличит эффективность диагностики и объемы лучевого лечения наиболее тяжелых форм онкологических заболеваний для жителей Санкт-Петербурга, Ленинградской области и всего Северо-Западного региона России. Наличие высококвалифицированных специалистов онкологов, радиологов, физиков, инженеров, конструкторов, программистов, при острейшей необходимости Северо-Западного региона в современных технологиях лучевой терапии, свидетельствуют о целесообразности строительства межрегионального центра высокотехнологичных методов лучевой терапии в Санкт-Петербурге. Важную роль в данном проекте должны сыграть как дооснащение лечебных учреждений цифровым рентгенографическим оборудованием (в том числе регионального происхождения - в нашем регионе расположено одно из лидирующих в стране предприятий по разработке и производству современного цифрового медицинского рентгеновского оборудования - НИПК "Электрон"), так и внедрение новейших информационных GRID-технологий, входящих в повседневную практику передовых медицинских учреждений Европы, принятых на вооружение академическими учеными Санкт-Петербурга (НИИ физики им. В.А. Фока СПб ГУ, входящий в авторский коллектив настоящего проекта) и предложенных ими практическому здравоохранению (пилотный проект - прототип Fluo-Mammo-GRID - в приложении к диагностике туберкулеза). 31 5. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И СТРУКТУРА ПРОЕКТА Главной целью проекта является существенное повышение эффективности лечения онкологических заболеваний в Санкт-Петербурге, Ленинградской области и других субъектах Федерации в Северо-Западном регионе России путем создания в Санкт-Петербурге специализированного распределенного центра высокотехнологичной медицинской помощи онкологическим больным, основанного на новейших высоких технологиях лучевой терапии и интегрированного с системой ранней диагностики, формируемой в настоящее время. Понятие «Центр» предполагает координацию различных – географически удаленных - диагностических, инженерных, вычислительных, информационных и медицинских ресурсов для работы на одну идею – эффективного выявления в Северо-Западном регионе и лечения онкологических больных. Это достигается тем, что Центр анализирует при необходимости информационные потоки диагностических данных, полученные в различных диагностических установках, и производит отбор пациентов и лечение, опираясь на новейшие информационные технологии. Создание данного специализированного медицинского центра на базе строящейся городской онкологической больницей в пос. Песочный, а также использование уже имеющихся рядом диагностических комплексов ЦНИРРИ и Онкологического института и модификация имеющегося в СПб оборудования лучевой терапии – эти факторы должны обеспечить поэтапное общее увеличение пропускной способности рутинных методик лучевой терапии злокачественных опухолей до 10-12 тыс. пациентов в год. При этом наиболее эффективным образом будут обеспечено и внедрение новейших уникальных методов адронной (протонной и углеродной) терапии с производительностью до 1,5 -2 тыс. пациентов в год. Основой системы ранней диагностики и отбора пациентов является сеть цифровых рентгенодиагностических комплексов (в том числе цифровых флюорографических аппаратов разработка которых уже начата на одном из промышленных предприятий региона). Современные информационные технологии (GRID и MammoGRID), используемые в качестве основного инструмента накопления, обработки и хранения медицинских изображений, должны обеспечить единую информационную базу данных всей системы ранней диагностики, лечения и сопровождения онкологических больных, унифицированную с учетом европейских стандартов. Данная распределенная база цифровых диагностических данных обеспечит на качественно новом уровне связь модернизированных 11 районных комплексов радионуклидной диагностики, цифровой флюорографии и маммографии с Центром лучевой и адронной терапии. В процессе разработки проекта центра будут использованы имеющийся в С.Петербурге опыт протонной терапии, последние мировые достижения в области ионно-лучевой терапии на основе пучков протонов и ядер углерода, а также современные ядерно-физические методы диагностики и лечения онкологических заболеваний. Центр должен удовлетворить потребности всего Северо-Западного региона на несколько десятилетий вперед по высокоточной диагностике и терапии онкологических и ряда других локализованных и неоперабельных опухолей. При 32 этом должны получить поддержку и дальнейшее развитие как уже существующие в Санкт-Петербурге традиционные (рутинные) методики радиационной терапии, так и новые высокоэффективные методики - адронная терапия злокачественных новообразований, стереотаксическое протонное облучение, офтальмологические облучения. 5.1. Расширение и дооснащение строящейся онкологической больницы. При создании данного центра на основе госпитального комплекса в пос. Песочный наиболее эффективным способом будут использованы уже имеющиеся диагностические комплексы и лечебные помещения первой очереди строительства, а также спроектированы и созданы новые (вторая очередь, включающая дополнительные мощности лучевого лечения, в том числе комплекс адронной терапии). Строительство нового ускорительного комплекса создаст наиболее оптимальные условия для резкого увеличения пропускной способности и эффективности клиники. Общая пропускная способность нового госпитального центра в пос. Песочный, включая и традиционные виды лучевой и адронную терапию, составит 8000 - 10000 человек в год (включая специализированную и уникальную адронную терапию для 1500-2000 больных в год – последняя касается в первую очередь лечения неоперабельных и радиорезистентных опухолей). Вместе с существующими ресурсами общая мощность лучевой терапии составит не менее 10000 - 12000 пролеченных больных в год, При этом будет обеспечено кардинальное повышение эффективности онкологического лечения за счет повышения доступности и качества рутинных методов лучевой терапии, возможности оказания высокоэффективной специализированной помощи на основе адронной (протонной и углеродной) терапии, в совокупности с ожидаемым эффектом от развития системы ранней диагностики. Центр в пос. Песочный и его филиалы по своим показателям и функциональности и в совокупности с разветвленной системой массовых диагностических обследований должны превзойти европейский уровень. 5.2. Модернизация и клиническое использование имеющихся протонных ускорителей. Кроме проектирования, строительства и оснащения оборудованием адронной терапии второй очереди больницы в пос. Песочный и систем ранней диагностики, проект предусматривает модернизацию и использование для лучевой терапии онкологических больных существующего исследовательского синхроциклотрона ПИЯФ (г. Гатчина), что обеспечит, наряду с существующей уникальной методикой стереотаксического протонного облучения, дополнительные возможности лечения пациентов. Также предусмотрено завершение строительства начатого в ПИЯФ нового ускорителя – циклотрона на 80 МэВ с его последующим использованием для лечения онкологических заболеваний в офтальмологии, что также представляет большой интерес с точки зрения повышения доступности и эффективности лучевого безоперационного лечения офтальмологических заболеваний для тысяч пациентов. В России такого центра не имеется и не планируется ни в одном из регионов, вместе с тем потребность в безоперационном лечении глазных меланом высока. 33 5.3. Создание пилотных систем массовой диагностики онкологических заболеваний является одной из особенностей первого этапа данного проекта. Предполагается создание пилотного варианта системы массовых флюорографических обследований на основе новейших информационных технологий GRID, используемых в Европейском Центре Ядерных Исследований (ЦЕРН, Женева) и уже являющихся основой таких диагностических систем как GPCALMA и MammoGRID.. Созданные и апробированные методики будут применены для ранней диагностики рака на основе анализа цифровых рентгеновских изображений, поступаюших с формирующейся в регионе системы цифровых рентгенографических аппаратов, в том числе цифровых флюорографов (в рамках Приоритетного национального проекта ««Здоровье»» в регион уже в 2006 году поступило 30 цифровых флюорографов, выпущенных победившим в конкурсном отборе Санкт-Петербургским предприятием НИПК ««Электрон»»). В будущем предстоит замена всех 170 рентгеновских флюорографических пленочных установок на цифровые, что обеспечит 2млн. снимков в год. Установка двух самых современных цифровых маммографов с системой для проведения биопсии в действующих маммологических центрах онкологического диспансера на Березовой аллее и на пр.Ветеранов даст совершенно новое качество диагностических снимков, при этом обеспечивается 10кратное снижение дозовой нагрузки на пациентку, исключается процесс обработки пленки, увеличивается пропускная способность диагностического кабинета – и все это при повышении надежности диагноза. ( Пример современной цифровуй маммографической станции: GIOTTO IMAGE MD с детектором на основе аморфного Селениума). Данные результаты и опыт работы будут использованы для разработки Технического задания на модернизацию имеющихся в СПб пленочных маммографических аппаратов. Только отказ от пленки и переход на цифровые технологии в маммографии обеспечит высокую (в том числе и существенную экономическую!) эффективность массовых активных обследований. 5.4. Включение Санкт-Петербурга в европейскую сеть центров адронной терапии ENLIGHT++ и в информационную среду GRID означает также (помимо применения европейских стандартов в форматировании, хранении и анализе медицинской информации) широкие возможности для использовании европейских баз данных для планирования облучения при адронной терапии. Становится реальными теледиагностика и отдаленные высокопрофессиональные консультации. Сотрудничество в ENLIGHT++ означает также доступ специалистов СанктПетербурга к ресурсам центров адронной терапии и, в свою очередь, возможность предоставления Санкт-Петербургских ресурсов для лечения и диагностики европейских пациентов на партнерской основе. 34 6. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТА: Новизна проекта состоит в применении современных достижений как отечественных, так и европейских специалистов в области ускорительной техники и детекторных систем физики сверхвысоких энергий и ядерной физики для прецизионного контроля облучаемой области, а также в использовании разрабатываемых в настоящее время информационных технологий (GRID и MammoGRID) в качестве основного инструмента накопления и обработки данных. Оценка современных проектов медицинских ускорителей и возможностей существующих российских технологий для реализации данных проектов, проектирование инженерных систем разводки пучков высокоэнергичных ядер углерода к местам терапии (в том числе и т.н. ««гантри»»), детальное моделирование процесса облучения биологических тканей ионами 12C на основе самых современных физических Монте-Карловских пакетов программ FLUKA и GEANT также представляют собой ряд новых актуальных задач, практические решения которых необходимы для создания такого центра в Санкт-Петербурге. 1. Создание центра на базе ЦНИРРИ и разумная интеграция в уже существующую инфраструктуру, которая включает ЦНИРРИ, НИИ онкологии и Онкологическую больницу, строительство которой завершается в настоящее время в пос. Песочный, обеспечит наиболее эффективное использование уже имеющихся диагностических комплексов и лечебных помещений. Строительство нового ускорительного комплекса рядом с лечебным профильным учреждением создаст наиболее оптимальные условия для резкого увеличения пропускной способности и эффективности клиники в Песочном. Через новый госпитальный центр в пос.Песочный должны проходить до 10000-15000 человек в год, ожидается, что не менее 50% из них получат необходимую лучевую терапию, специализированная уникальная адронная терапия будет доступна для 1500 больных за год, что полностью обеспечит потребности региона с 10 млн населением. 2. Организационные решения по интеграции данного центра в имеющуюся инфрастуктуру должны обеспечить учет интересов всех перечисленных выше сторон. Пациенты же, проживающие в данном регионе, будут иметь возможность проходить диагностику и получать высоко-технологичную эффективную радиационную помощь и лечение. 3. Модернизация филиала в г.Гатчина (ПИЯФ) позволит продолжить использование уникальных стереотаксических методик для ряда неоперабельных опухолей головы, расширить применение Гатчинского ускорителя на облучение широко класса опухолей с применением пика Брега, и, наконец, создать 35 уникальный для России комплекс протонной терапии для безоперационного лечения офтальмологических заболеваний. 4. Новейшие информационные технологии GRID для распределенного сбора, обработки, передачи и надежного хранения медицинских диагностических данных обеспечат совершенно новые условия работы врачей, массовость обследований, эффективную систему отбора пациентов, и т.д. и все это - без увеличения нагрузки на высоко квалифицированный врачебный персонал. 5. Системный подход к организации эффективной заболеваниями, который основывается : борьбы с онкологическими На ранней диагностике онкологических заболеваний, опирающейся на существующие сети активных массовых обследований населения, которые будут модифицированы в ходе выполнения данного проекта (флюорография, маммография, радиоизотопная однофотонная томография, специализированная сверхранняя диагностика). На новых информационных технологиях, которые позволят создать на качественно новом уровне базу диагностических данных пациентов, проводить отбор групп риска и выявлять показания для определенных методов лучевой и адронной терапии (а также и показания для сочетания методов). В будущем этот подход позволит также организовать и автоматизированный анализ цифровых маммо- и флюорограмм . На применении новейших методик лучевой терапии при поддержке и развитии уже существующих традиционных методов На использовании достижений современной фундаментальной науки ина организации медико-биологических исследований, что является важнейшим фактором подготовки молодых специалистов. 6. Существующие связи с Европейской сетью центров адронной терапии (ENLIGHT++) позволят эффективно использовать накопленный опыт и апробированные методики адронной терапии, проводить подготовку и стажировки специалистов в работающих европейских центрах, а также участвовать в совместных фундаментальных медико-биологических исследованиях. 6. АНАЛОГИ ПРОЕКТА: 1) В России Протонный Медицинский Центр высоких технологий в Нижнем Новгороде (Nizhny Novgorod Cancer Resech Center – NNCRC) – в проекте Новосибирский протонно-углеродный комплекс для терапии рака – в проекте 2) В Европе Строящиеся центры протонов и ионов 12С: Центр CNAO (Павиа,Итали (ввод в эксплуатацию в 2007) HICAT (Хайдельберг, Германия) (ввод в эксплуатацию в 2007) Проект MedAustron (ввод в эксплуатацию в 2010) 36 Проект EITOLE (Франция) 3) В стадии проектирования центры в Бельгии, Чешской республике, Голландии, Испании, Швеции, Великобритании. ОТЛИЧИЕ ОТ АНАЛОГОВ: От всех аналогов центр в Санк-Петербурге отличается тем, что интегрируется в уже существующие комплексы рядом с новым онкологическим госпиталем, что существенно повышает общую экономическую эффективность проекта на этапе строительства. Кроме того, системный подход, применяемый в Санкт-Петербурге ко всей цепи выявления и лечения онкологических заболеваний, начиная с массовой ранней диагностики, позволит перекрыть самый широкий спектр показаний, требующих лучевой и адронной терапии. 8. СТРУКТУРА ПРОЕКТА (СОСТАВ ЦЕНТРА) Общая структурная схема медицинского комплекса Общая структурная схема «Центра адронной терапии и диагностики онкологических заболеваний для Северо-Западного региона» в пос.Песочный (ЦНИРРИ) приведена на Рис.5. Схемы комплекса установок ЦНИРРИ и филиала в г.Гатчина (ПИЯФ) приведены на Рис.6, а также на Рис.7-10. Схемы исследовательского медико-биологического и учебного центров в СПбГУ приведены Рис.11. Зеленым цветом выделены уже существующие комплексы, синим – те, что будут созданы при выполнении проекта. 37 ЦЕНТРадронной адронной терапии терапиивв пос.Песочный пос.Песочный ЦЕНТР (ЦНИРРИ) (ЦНИРРИ) Филиал центра центраадронной адронной Филиал терапииввПИЯФ ПИЯФ терапии (г.Гатчина) (г.Гатчина) ФилиалввСПбГУ: СПбГУ: Филиал центр центр медико-биологических медико-биологических исследований исследований набазе базеотечественных отечественных на разработок разработок учебныйцентр центр ииучебный Диагностическаясеть сеть Диагностическая специализированных специализированных установок установок раннейдиагностики диагностикина на ранней базеотечественных отечественных базе разработок разработок Единая региональная Единая региональная информационная информационная система распределенной система распределенной медицинской медицинской диагностической диагностической информации информации ПЕРЕОБОРУДОВАННАЯСЕТЬ СЕТЬ ПЕРЕОБОРУДОВАННАЯ КАБИНЕТОВРАДИОИЗОТОПНОЙ РАДИОИЗОТОПНОЙ КАБИНЕТОВ ДИАГНОСТИКИна набазе базеотечественных отечественных ДИАГНОСТИКИ разработок разработок ПЕРЕОБОРУДОВАННАЯСЕТЬ СЕТЬ ПЕРЕОБОРУДОВАННАЯ МАММОГРАФИЧЕСКИХ МАММОГРАФИЧЕСКИХ КАБИНЕТОВ КАБИНЕТОВ ПЕРЕОБОРУДОВАННАЯСЕТЬ СЕТЬ флюорографических флюорографических ПЕРЕОБОРУДОВАННАЯ цифровыхрентгеновских рентгеновских установок установокна набазе базе цифровых отечественныхразработок разработок отечественных Рис.5. Общая структурная схема «Центра адронной терапии и диагностики онкологических заболеваний для Северо-Западного региона» Зеленым цветом выделены уже существующие комплексы, синим – те, что будут созданы при выполнении проекта. 38 ЦЕНТР ЦЕНТР адронной адронной терапиивв терапии ЦНИРРИ ЦНИРРИ Специализированныймедицинский медицинский Специализированный ускорительпротонов протоновии ионов ионов ускоритель углеродадля для адронной адроннойтерапии. терапии. углерода Системавывода вывода ииконтроля контроля Система пучков, лечебныхканьона, каньона, пучков, 22лечебных каньонссгантри, гантри, 11тестовый тестовый 11каньон каньон. каньон. КомплексЛинейных Линейных Комплекс электронных электронных ускорителейииканьонов каньонов ускорителей длягамма-терапии гамма-терапии для Специализированный Специализированный информационныйцентр центр информационный GRID GRID Комплекс Комплекс диагностич диагностич еских еских установок установок ЦНИРРИ ЦНИРРИ Циклотрон Циклотрон 18МэВ) МэВ)для дляпроизводства производства ( (18 медизотопов изотопов(18 (18F,F, 1313N. N.1111CC. . мед 123I? ……….. ). 123 I? ……….. ). ФилиалввПИЯФ ПИЯФ Филиал ФармФармлаборатория лаборатория (технологический (технологический комплекссинтеза синтеза комплекс препаратов) препаратов) Протоны(1(1ГэВ)ГэВ)Протоны Стереотаксис Стереотаксис (Модификация) (Модификация) Протоны––пик пикБрегга Брегга Протоны 150-300МэВ МэВ 150-300 (Модификация) (Модификация) Протонный циклотрон циклотрон Протонный (90МэВ) МэВ)для для (90 офтальмологии офтальмологии Рис.6. Схемы комплекса установок ЦНИРРИ и филиала в г.Гатчина (ПИЯФ). Зеленым цветом выделены уже существующие комплексы, синим – те, что будут созданы при выполнении проекта. 9. ФИЛИАЛ ЦЕНТРА В ПИЯФ Проект модернизации медицинского комплекса протонной терапии Петербургского института ядерной физики РАН Из общего числа пациентов, прошедших курс адронной терапии во всех облучательных центрах – 50000 на 2006 год, доля российских медицинских центров (ИТЭФ, Москва; ОИЯИ, Дубна; ПИЯФ, Гатчина) составляет 12%. Это свидетельствует о дстаточно высоком уровне научного и медицинского персонала в России. 39 Протонный медицинский комплекс на базе синхроциклотрона ПИЯФ Синхроциклотрон (СЦ) на энергию протонов 1000 МэВ ПИЯФ РАН (Рис. 7) является уникальной многопрофильной научно-исследовательской установкой института, на пучках которой проводится широкий круг фундаментальных и прикладных исследований, относящихся к трем приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации: живые системы, индустрия наносистем и материалов и энергетика и энергосбережение. Важное значение имеют исследования в области физики элементарных частиц и ядерной физики. Рис. 7. Общий вид зданий ускорительного комплекса СЦ ПИЯФ Основные параметры СЦ. Энергия ускоряемых протонов 1000 МэВ, интенсивность пучка внутри камеры – 3 мкА, интенсивность выведенного пучка– 1 мкА. Длительность макроимпульса пучка – 10 мсек, длительность микробанча – 10 нсек, частота повторения макроимпульсов – 50 Гц. Диапазон частот ускоряющего напряжения от 30 до 13 Мгц, амплитуда ускоряющего напряжения 10 кВ. Диаметр полюса магнита – 6,85 метра, габариты 7,8 х 10 х 16 метров, вес электромагнита 7800 тонн, мощность электропитания 2,3 Мвт. 40 Площадь помещений, занимаемых комплексом синхроциклотрона, 20 тыс.м2, эксплуатационно-технический персонал, обслуживающий ускоритель, 70 чел. В ПИЯФ на базе действующего синхроциклотрона на энергию протонов 1000 МэВ с 1975 года действует медицинский центр стереотаксической протонной терапии, в котором совместно с Центральным научно-исследовательским рентгенорадиологическим институтом (ЦНИИРИ) МСРиМ РФ успешно ведутся научные исследования и проводится лечение заболеваний головного мозга, таких как различные виды аденом гипофиза и артериовенозные мальформации сосудов головного мозга. В настоящее время коллаборацией ПИЯФ-ЦНИИРИ используется уникальный метод облучения пациентов протонным пучком с энергией 1000 МэВ напролет. Малое рассеяние протонов с E=1000 МэВ при их прохождении через облучаемый объект в сочетании с ротационной техникой облучения создает высокий градиент распределения дозного поля, недостижимый в обычно используемом методе протонной терапии на пике Брэгга (см. табл.). Рис. 8. Зал облучения Таблица. Параметры пучка ПИЯФ протонов с энергией 1000 МэВ синхроциклотрона Параметры Значение энергия протонов 1000 МэВ интенсивность 109 с-1 размер пучка, ширина на полувысоте 5-10 мм 41 Параметры Значение максимальная мощность поглощенной 50 Гр/мин дозы Краевой градиент дозного поля от 70% 20% мм-1 до 10% Отношение доз в центре и на поверхности головы 200:1 В 2002-2004 гг. проведена модернизация всего протонного тракта, включающего коллиматоры главного и экспериментального залов, системы профилирования пучка и контроля интенсивности дозы облучения. Ниже на диаграмме Рис.9 приведена статистика протонной терапии различных заболеваний головного мозга за период 1975-2006 гг. Проведено 1318 облучений, из них 149 повторно. Рак Прочее простаты 4% 9% Аденомы гипофиза 35% Рак молочной железы 14% Прочее Рак простаты Рак молочной железы АВМ АВМ 38% Рис. 9. Статистика протонной терапии за 1975-2006 гг. Аденомы гипофиза Применение бескровного метода протонной терапии оказалось эффективным при лечении различных заболеваний головного мозга, особенно аденом гипофиза. На Рис. 9 приведены результаты терапии пролактиномы гипофиза, ответственной за нормальное протекание беременности у женщин. Видно, что клиническая ремиссия наблюдается у 80% пациентов и только у 5% - не наблюдается положительного эффекта. 42 5% 15% клиническая ремиссия стабилизация нет эффекта 80% Рис. 10. Статистика терапии пролактиномы. Для успешного функционирования центра протонной терапии при E=1000 МэВ предполагается в 2008-2009 провести работы по автоматизации процесса облучения и дооснащению его современной диагностической электронной аппаратурой. Создание на синхроциклотроне ПИЯФ пучка протонов с энергией 200 МэВ Мировая статистика показывает, что различного рода опухоли головного мозга (онкологические и неонкологические), поддающиеся лечению используемым в ПИЯФ методом облучения “напролет” протонами высоких энергий, составляет небольшой процент от общего числа онкологических заболеваний. Использование протонов меньших энергий (60-250 Мэв) позволяет значительно расширить применение лучевой терапии для лечения различных онкологических заболеваний методом “пика Брэгга”. В связи с этим ПИЯФ выступил с инициативой модернизации имеющегося у него центра протонной терапии при активном участии ЦНИИРИ. Модернизация заключается в создании на базе СЦ ПИЯФ протонного пучка с энергией 200-250 МэВ для проведения облучения пациентов методом пика Брэгга. Такой пучок создается путем торможения 1000 МэВ протонов в поглотителе с последующей его транспортировкой в существующий зал облучения. Проведенные расчеты показывают реалистичность проекта. Выведенный в зал облучения пучок протонов с энергией 200 МэВ имеет интенсивность 109 сек-1, что может обеспечить дозу облучения до 10 Гр/мин, необходимую для проведения многофракционных облучений. Очевидно, что это наиболее быстрый и дешевый путь решения проблемы протонной терапии для Санкт-Петербурга и Северо-Западного региона России. Сущность модернизации заключается в следующем: Создание деградера переменной толщины для получения протонов с энергией 200250 МэВ с шагом в 1%; Создание дополнительной биологической защиты в экспериментальном зале; Создание систем диагностики медицинского пучка (профилометры, системы дозиметрии); 43 Создание систем комфорных коллиматоров (совместно с ЦНИИРИ); Создание стола облучения (совместно с ЦНИИРИ); Создание системы диагностики процесса облучения(совместно с ЦНИИРИ); Разработка и создание программ планирования облучения (совместно с ЦНИИРИ). Указанный перечень работ включает в себя затраты на приобретение оборудования, материалов, программного обеспечения и на оплату труда сотрудников ПИЯФ и ЦНИИРИ, участвующих в реализации проекта. Существенным фактором при реализации проекта является наличие на территории ПИЯФ здания медицинского комплекса, принадлежащего ЦНИИРИ. Площадь здания 991 м2. Из них: 1. Зал облучения – 119 м2; 2. Пультовая – 51 м2; 3. Клиника временного пребывания пациентов по 18 к/м – 3 палаты 57 м2; 4. Общая площадь подсобных помещений и комнат сотрудников – 764 м2. Пропускная способность создаваемого центра протонной терапии с использованием 200 МэВ протонного пучка составит до 800 пациентов в год. Срок реализации проекта – два года от начала финансирования. Протонный медицинский офтальмологический комплекс на базе циклотрона 80 МэВ ПИЯФ Создание офтальмологического пучка производительностью до 2 тыс. пациентов в год с использованием пика Брэгга представляет одну из важнейших задач первого этапа данного проекта. Общеизвестна высокая эффективность данной протонной терапии (порядка 98%) в безоперационном лечении глазных онкологических заболеваний. Данный протонный комплекс для офтальмологии имеет общенациональную значимость и важность для сотен Российских больных. Создание протонного комплекса для офтальмологии требует завершения строительства циклотрона на 80 МэВ, подготовки помещений, создания и тестирования аппаратуры контроля положения глаза и офтальмологических облучений. Срок реализации проекта – два года от начала финансирования Исследовательский комплекс по применению поляризованного 3He в ЯМР томографии базе ПИЯФ. По предварительным данным использование поляризованного 3He в ЯМР томографии позволяет увеличить чувствительность метода в ряде случаев до 1000 раз. Наличие аппаратуры для производства поляризованного 3He в ПИЯФ позволяет выдвинуть данные работы как чрезвычайно перспективные. Итого для организации комплекса 3-х протонных пучков с вводом в эксплуатацию в 2010 году и для продолжения исследовательских работ по ЯМР в ПИЯФ требуется: 150 млн руб. 44 10. Филиал в СПбГУ: исследовательский биологический и учебный центр. медико- В рамках данного проекта предлагается выполнить разработку необходимого специального оборудования и осуществить ввод в эксплуатацию центра для медико-биологических исследований на базе ускорителя У-120, специализированной отечественной гамма-камеры, разработанной в НИИЭФА и технологического комплекса синтеза изотопных медицинских препаратов. В состав оборудования медико-биологического центра входят: технологический комплекс радионуклидов; на базе циклотрона для получения технологический комплекс синтеза препаратов; однофотонный гамма-спектрометр - сканер для исследований учебно-методический комплекс для студентов физического, биологического, химического и медицинского факультетов СПбГУ Информационно-вычислительный центр СПбГУ на базе ПТЦ, который осуществляет на первом этапе проекта всю координацию работ по новейшим информационным системам GRID, а также предоставляет высокопроизводительные ресурсы для проведения моделирующих расчетов Дисплейный класс , связанный с GRID, для подготовки специалистов рентгенологов, радиологов и маммологов Технологический комплекс для получения медицинских изотопов СПбГУ. Комплекс включает в себя циклотрон У-120, имеющий несколько позиций выведенного пучка, и мишенный комплекс для наработки радионуклидов, наиболее широко используемых в однофотонных исследованиях (67Ga, 111In, 123I, 199Tl, 211At ) Циклотрон. Циклотрон У-120 предназначен для ускорения заряженных ионов гелия, дейтерия и водорода до энергии 27, 13.5 и 6.75 МэВ соответственно. Основное назначение циклотрона - производство изотопов (67Ga, 111In, 123I, 199Tl, 186 Re, 211At) для однофотонной томографии. Действующий циклотрон У-120 принадлежит СПбГУ и расположен во дворе главного здания (Менделеевская линия д.7/9). 45 Медико-биологический ПЭТПЭТМедико-биологический центр для фундаментальных центр для фундаментальных исследова-ний области исследова-ний вв области медицины, биологии медицины, биологии ии фармакологии фармакологии Филиалвв СПбГУ: СПбГУ: центр центр Филиал медико-биологических медико-биологических исследований исследований на базе отечественных на базе отечественных разработок разработок учебныйцентр центр ииучебный Мини-ПЭТ высокого Мини-ПЭТ высокого пространственного разрешения пространственного разрешения для экспериментальных для экспериментальных исследований животных исследований нанаживотных Учебно-методический Учебно-методический комплекс длястудентов студентов комплекс для физического, биологического, физического, биологического, химическогоиимедицинского медицинского химического факультетов СПбГУ факультетов СПбГУ ИнформационноИнформационновычислительный вычислительный центрСПбГУ СПбГУнана центр базеПТЦ ПТЦ базе Циклотрон Циклотрон 6.7МэВ) МэВ)для для ( (6.7 производства производства короткоживущихмед мед короткоживущих 67Ga,111 111In,123 123 изотопов 67 ( изотопов ( Ga, In, I,I, 199Tl,211 211 199 Tl, AtAt).). (Модернизация) (Модернизация) Фарм-лаборатория Фарм-лаборатория (технологический (технологический комплекссинтеза синтеза комплекс препаратов) препаратов) Диагностический Диагностический комплекс комплекс однофотонной однофотонной томографии томографии Служба Служба Радиационной Радиационной безопасности безопасности Лабораторияэлектроники электроники Лаборатория ядерно-физических ииядерно-физических методов методов Дисплейныйкласс класс Дисплейный для подготовки для подготовки специалистов- специалистов рентгенологов,радиологов радиологов рентгенологов, маммологов иимаммологов Рис.11. Схема исследовательского медико-биологического и учебного центров в СПбГУ. Зеленым цветом выделены уже существующие комплексы, синим – те, что будут созданы при выполнении проекта. 46 Параметры циклотрона СПбГУ: Пучок ускоряемые ионы Н2 + D2+ He2++ выпущенные частицы p d α энергия , МэВ 6.75 13.5 27 средний ток , мкА 30 40 20 число мест подключения мишеней не менее 4-х Для стабильной и надежной работы циклотрона требуется провести ряд работ по замене и модернизации отдельных узлов и косметический ремонт: 1. Модернизация ионного источника с заменой блоков питания и газового оборудования – 600 тыс. руб. 2. Замена блока питания дефлектора – 300 тыс. руб. 3. Ремонт или замена теплообменника на 300 кВт – 100 тыс. руб. 4. Модернизация питания ВЧ - генератора – 100 тыс. руб. Итого: 1100 тыс. руб. Подготовка помещений циклотрона: Размеры помещений циклотрона (кв.м). 1. Циклотронный зал – 101 2. Экспериментальный зал – 48 3. Измерительная №1 – 51 4. Измерительная №2 – 36 5. Генераторная – 63 6. Мастерская циклотронной группы – 42 7. Мастерская – 64 8. Ремзона – 72 9. Комната №206 – 27 10. Комната №205 – 22 11. Комната №204 – 9 12. Вестибюль – 30 Суммарная площадь – 621 кв.м. Стоимость подготовки (ориентировочно) 20 тыс.руб / кв.м., включая стоимость материалов. помещений В таблице приведены реакции, используемые для наработки соответствующих изотопов и значения выходов изотопов. Также ниже в таблице для сравнения приведены аналогичные данные для ускорителя МГЦ-20, наиболее широко используемого для этих целей в Северо-Западном регионе. Следует отметить, что ряд изотопов, получаемых на У-120 недоступен для МГЦ – 20 в силу ограничения по энергии выводимых пучков. Таким образом, циклотрон У-120 явится прекрасным дополнение к комплексу производства фарм-препаратов в ЦНИРРИ. 47 Реакции и выходы изотопов Мбк/(мкА.час) 67 Ga 111 In 123 I 199 Tl 186 65 Cu(α,2n) 109 Ag(α,2n) 121 Sb(α,2n) 197 Au(α,2n) - 110 7.5 40 67 111 122 Zn(d,2n) 69.5 Cd(d,2n) 45 Re 37 Te(d,n) - 60 211 At 209 Bi(α,2n) 5 186 W(d,2n) - 12.5 Реакции и выходы изотопов на МГЦ-20 при E p = 15 МэВ Мбк/(мкА.час) 67 Zn(p,n) 90 111 10 Cd(p,n) 123 Te(p,n) - - - 196 Мишенный комплекс. Мишенный комплекс представляет собой систему мишеней для производства радионуклидов. Для получения этих радионуклидов необходимо конструирование и изготовление двух типов мишенных узлов – а) для работы с порошковыми мишеням (186W/C) – 20.000 $ и б) для работы с тонкими металлическими фольгами (Au и Bi) - 20.000 $. Переоборудование хранилища радиоизотопов - 1.5 млн.руб. Оборудование помещений для производства радиофарм препаратов (3 бокса) - . 1.6млн руб Конструирование и изготовление оборудования для переработки облученных мишеней ( только выделение целевых радионуклидов), три установки: а) выделение 186 Re - 0.6 млн.руб. б) выделение 199Tl – 0.45 млн.руб. в) выделение 211At - 0.45 млн.руб. (Предполагаемый исполнитель работ - ИАнП РАН.) Спецификация мишеней: Жидкостная мишень Мишенный материал Изотопнообогащенная или дистиллированная вода Материал корпуса мишени Титан, (алюминий) Облучаемый объем 1,5 мл Объем мишени 1,8 мл Диаметр входного окна 15 мм Материал окна Титан, (никель) Толщина окна 10-15 мкм Газовая мишень. Мишенный материал Газ Материал корпуса мишени Алюминий Облучаемый объем 250-300 мл Объем мишени 300-350 мл Давление газа в мишени 3-4 бар; Максимум -8 бар Диаметр входного окна 10-12 мм Материал окна Нержавеющая сталь Толщина окна 10 мкм Будет предусмотрена система оперативного контроля за формой и положением пучка для каждой мишени. Каждая из мишеней обеспечена системами гелиевого охлаждения фольг выходного окна тракта пучка и входного окна мишени, водяного 48 охлаждения корпуса мишени, системой мониторирования тока пучка. Мишенный комплекс оснащается системой дистанционного управления процессом заполнения мишеней облучаемыми материалами (вода, газ), контроля в процессе облучения за поведением мишенных материалов и транспорта радиоактивных материалов после облучения в блоки синтеза препаратов, расположенных в защитных боксах. Технологический комплекс синтеза препаратов. Технологический комплекс синтеза препаратов включает в себя 6 автоматизированных модулей синтеза препаратов, специализированные защитные мини-боксы, соответствующие требованиям GMP и приспособленные для работы с блоками автоматизированного синтеза, систему дистанционного или автоматизированного извлечения и фасовки препаратов во флаконы, размещаемые в транспортные защитные контейнеры. Автоматизированные модули синтеза препаратов. В число основных модулей синтеза препаратов для ПЭТ-исследований входят: 1. Модуль синтеза F-18-фтордезоксиглюкозы (F-18-ФДГ) 2. Модуль синтеза N-13-аммония 3. Модуль синтеза препаратов, меченных углеродом-11 с использованием реакции метилирования (С-11-метионин) 4. Модуль синтеза С-11-жирных кислот Модули должны содержать устройства, позволяющие выделить целевой радионуклид из облученных в мишенях материалов, реакционные сосуды для проведения реакции синтеза, системы катализа и ионообменные колонки для выделения и очистки готовых препаратов, датчики радиоактивности, давления и температуры для контроля и управления технологией синтеза. Процесс синтеза препаратов будет полностью автоматизирован и осуществляться под управлением ЭВМ в течение времени, не превышающего один период полураспада целевого радионуклида. Конечный продукт соответствует требованиям фарм статьи на синтезируемый препарат. Модули оснащаются специализированными программными пакетами для управления, контроля и графического представления всех этапов процедуры синтеза, подробного протокола процесса получения препарата и не-обходимой базой данных. Защитные боксы. Для «горячих» лабораторий ПЭТ-центров будут созданы специализированны защитные мини-боксы, приспособленные для работы с блоками автоматизированного синтеза. Боксы должны обеспечивать работу с активностями до 1 Кюри, иметь минимальный, но достаточный объем для размещения в них модулей автоматизированного синтеза РФП, иметь герметичную открывающуюся переднюю дверь с окном из свинцового стекла, систему вентиляции и фильтров согласно требованиям GMP. Число защитных боксов обычно соответствует числу модулей синтеза, используемых в ПЭТ-центре, т.к. каждый из модулей размещается в отдельном боксе. Для ведения исследовательских работ по усовершенствованию технологий синтеза и разработки технологий синтеза новых препаратов предусматривается до 2-х «тяжелых» боксов с внутренним объемом от 1 м. куб. Эти боксы также должны удовлетворять всем перечисленным выше требованиям. Система фасовки препаратов. Для снижения дозовых нагрузок на персонал при извлечении готовых препаратов после их синтеза и фасовки этих препаратов для каждого исследования, в ПЭТ-центре предусмотрена система дистанционного или автоматизированного извлечения и фасовки препаратов во флаконы, размещаемые в транспортные защитные контейнеры, в которых они доставляются к месту назначения. Современный ПЭТ-центр обычно оснащается такой системой, которая размещается либо в отдельном защитном боксе, либо 49 конструктивно исполняется в виде дополнительной опции к одному из боксов, в котором производится синтез наиболее востребованного препарата (чаще всего это F-18-ФДГ). ПЭТ-сканер для исследований на животных. Медико-биологический ПЭТ-центр для фундаментальных исследований в области медицины, биологии и фармакологии должен быть оснащен специальным мини-ПЭТ высокого пространственного разрешения для экспериментальных исследований на животных. В рамках данного проекта предусматривается разработка ПЭТ-сканера для исследований с использованием таких экспериментальных животных, как мыши и крысы. При создании детектирующего кольца сканера будут использованы кристаллы ортосиликата лютеция (LSO) и координатночувствительные ФЭУ фирмы Xammamatsu. Основные параметры ПЭТ-сканера. Диаметр детектирующего кольца 16-18 см Трансаксиальный размер поля зрения ~12-15 см Аксиальный размер поля зрения не менее 6 см Размер элемента кристалла LSO 2,5 х 2,5 х 12 мм Число блоков кристаллов на кольцо ~ 32 Общее число блоков кристаллов порядка 100 Общее число элементов детектирующего кольца ~ 5000-8000 Пространственное разрешение в центре кольца не более 2,0 мм Тип реконструкции 2D, 3D Дека для размещения животных с точностью перемещения и юстировки 0,1 мм. Организация выполнения работ в СПбГУ по созданию исследовательского медико-биологического и учебного центров в СПбГУ. Проект ориентирован на развитие работ в области позитронной эмиссионной томографии и промышленный выпуск аппаратуры. Наряду с научно-исследовательскими этапами он включает в себя разработку и изготовление полупромышленных образцов, обладающих всеми основными функциональными возможностями, их испытание и отладку, разработку на основе испытаний всей необходимой конструкторской документации, создание кооперации, способной обеспечить серийное производство. Данный подход предъявляет дополнительные требования к разработчикам, которые должны обладать не только высоким научно -техническим потенциалом, но и иметь необходимые производственные мощности, обладать опытом конструирования и изготовления аппаратуры подобного типа. В настоящее время этим необходимым требованиям отвечает НПК ЛУЦ НИИЭФА им. Д.В.Ефремова и НПФ «ПОЗИТОМ-ПРО» ГНЦ РФ ИТЭФ, имеющие многолетний опыт создания оборудования для ядерной медицины, а также аппаратуры, оборудования и программного обеспечения визуализации томографических изображений. НПК ЛУЦ НИИЭФА им. Д.В.Ефремова имеет современное производство, сертифицированное по международному стандарту ISO 9001, испытательные стенды. Реализация работ по проекту по каждому типу аппаратуры предполагает привлечение для работы организации, имеющие опыт работ в области ядерной медицины и ПЭТ (ЦНИРРИ, г.С. Петербург, ИКК им.Мясникова, г.Москва, Центр ССХ им Бакулева, г.Москва), предприятия, разрабатывающие и производящие современные кристаллические детекторы (НПО «ПОЛЮС», г.Москва) и быстродействующую малошумящую электронику. 50 Оценка эффективности проекта ПЭТ-комплекса в СПбГУ При относительно низких вложениях в разработку, ее результаты полезны не только для исследований в области медицины, биологии и фармакологии, но и станут серьезным вкладом в экспериментальную апробацию отечественных подходов при создании наукоемкой аппаратуры и высоких медицинских технологий. Реализация проекта филиала в СПбГУ позволит не только создать первый отечественный медико-биологический исследовательский ПЭТ-центр, но и продемонстрировать уровень отечественных разработок, на основе которых возможна организация конкурентоспособного производства диагностического оборудования для ядерной медицины. Импортозамещающее отечественное производство способно не только удовлетворить потребности здравоохранения России в оснащении современным оборудованием, но и повысить экспортный потенциал страны. Разработка и организация производства отечественной аппаратуры для ПЭТ-диагностики, предлагаемые в проекте, позволят получить ряд преимуществ перед западными аналогами: относительная дешевизна – стоимость отечественного оборудования почти в два раза меньше западных аналогов; подготовленность обслуживающего отечественными аппаратами; персонала к управлению возможность обеспечить более дешевые сервисные работы; совместимость и ремонтопригодность; более доступная и дешевая модернизация оборудования (если это будет необходимо). Сравнительные стоимостные характеристики промышленного производства разработанного в рамках данного проекта оборудования по сравнению с зарубежными аналогами составят: Оборудование 1. Циклотрон Отечественное ~ 500 000 $ Зарубежный аналог от 800 000 $ до 1 000 000 $ 2. Технологический комплекс 3. синтеза препаратов ~ 300 000 $ ~ 700 000 $ ПЭТ-сканер для животных ~ 400 000 $ от 600 000 $ до 800 000 $ Учитывая, что стоимость ремонта и обслуживания зарубежной техники в 2-2,5 раза дороже отечественной, общий экономический эффект от реализации программы будет существенно большим. 4. однофотонный гамма-спектрометр - сканер для исследований 5. Организация специализированной лаборатории ядерно-физической электроники: покупка современных приборов (САМАС, VME скоростные цифровые осциллографы, генераторы, для подготовки и проведения исследований) 6. оборудование дисплейного учебного класса (цифровой проектор и экран, 10 рабочих мест, оснащенных профессиональными мониторами высокого разрешения) 51 7. Организация специализированной GRID-лаборатории на базе ПТЦ МПбГУ предполагает закупку следующего оборудования, которое будет использоваться в медицинских информационных и вычислительных приложениях: Несколько специализированных компьютеров (GRID - boxes) дополнительная память (10-20 ТВ ) и специализированный кластер для проведения вычислений и моделирования вычислительный кластер Итого для комплекса СПбГУ требуется: 50 млн руб. 11. Дооснащение существующих диагностических подразделений учреждений здравоохранения : 1. Лаборатории радиоизотопной диагностики: 11 однофотонных спектрометров : 10 х 600 тыс.руб = 6 млн.руб. 11 однофотонных эмиссионных томографов проихзводства НИИЭФА им. Д.В. Ефремова): 10х 20 млн. руб. = 200 млн. руб. ВСЕГО: 206 млн. руб. 2. Кабинеты стриннинговой и уточняющей (биопсийной) маммографии: 20 комплектов цифровых кассет для переоснащения скриннинговых пленочных маммографов: 100тыс евро х 20 = 2млн.евро = 70 млн. руб. 2 аппарата для уточняющей цифровой маммографии с возможность биопсии : 300тыс евро*2= 600 тыс.евро = 20 млн. руб. ВСЕГО: 90 млн. руб. Гамма томограф «ЭФАТОМ» 52 12. ЭТАПЫ И СРОКИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА Этап-0. Октябрь-ноябрь 2007 года. Совещание по Проекту в Санкт-Петербурге в октябре 2007, презентация ускорительных комплексов Новосибирска и Дубны, подготовка тендера и выработка рекомендаций Международным научным и локальным научно-техническим советами Этап-1. 2008 год. Проектирование, запуск и демонстрация пилотных вариантов систем. Подготовка проектно-сметной документации по проекту. Научное, медицинское, техническое и планово-экономическое обоснование создания такого центра для Северо-Запада. Продолжительность этапа – 1 год, обоснование и детальные планы – содержатся в проекте МНТЦ№2887. Имеются международная экспертиза данного начального этапа и письма поддержки (ЦЕРН, Австрия, Швеция). Проект МНТЦ №2887 одобрен в 2004г. Основные направления работ: 1. Выбор типа ускорителя для Центра адронной терапии. 2. Выбор места для строительства здания ускорителя и привязка к существующим объектам в пос. Песочный 3. Проектирование системы разводки пучков и 2-х терапевтических каньонов для адронной терапии 4. Проектирование гантри и специализированного каньона 5. Проектирование диагностического комплекса аппаратуры непосредственного контроля облучения. Разработка технического задания на ПЭТ систему непосредственного контроля процесса облучения 6. Начало работ по 3-х мерному планированию адронной терапии, 7. Организация электронных систем накопления и хранения медицинских данных и обработка данных и т.д. на основе технологий GRID. Разработка технического задания на информационные технологии для Центра терапии 8. Запуск и демонстрация пилотного варианта системы массовой диагностики на основе отечественных цифровых рентгеновских аппаратов. 9. Разработка Технического задания на модернизацию Гатчинского ускорителя с целью выхода на пик Брегга для расширения области применимости протонных пучков в ПИЯФ 10. Разработка Технического задания на создание терапевтического комплекса офтальмологических пучков в ПИЯФ 11. Модификация оборудования существующей стереотаксической методики протонной терапии в ПИЯФ 12. Разработка Технического задания на модификацию комплекса диагностической аппаратуры ЦНИРРИ существующего 13. Разработка Технического задания на переоснащение существующих в СПб лабораторий радиоизотопной диагностики, фарм-лабораторий и ускорителей для производства изотопов (на основе отечественных разработок). 53 14. Проектирование и подготовка помещений для установки 2-х современных цифровых маммографических установок для полномасштабных маммологических исследований, (включающая биопсию). 15. Разработка Технического задания на модификацию существующих в СПб маммографических рентгеновских пленочных установок с целью перехода на цифровые технологии 16. Планы переоборудования и переоснащения (расширения) имеющихся комплексов лучевой терапии на Березовой алле, пр. Ветеранов, пос. Песочный 17. Переоснащение лабораторий радиоизотопной диагностики. 18. Разработка долгосрочных программ подготовки студентов и аспирантов для обеспечения центра высококвалифицированными кадрами и проведения исследований в данной области Этап-2. 2009 год. Рабочее проектирование центра Адронной терапии и внедрение цифровых технологий ранней диагностики. 1. Проектирование здания нового ускорительного комплекса в пос. Песочный и залы для адронной терапии, включая 1 зал с гантри. 2. Рабочие чертежи нового ускорителя ионов, системы разводки пучков, гантри 3. Рабочие чертежи и проект системы контроля нового ускорителя 4. Рабочие чертежи облучения ПЭТ системы непосредственного контроля процесса 5. Рабочие чертежи фантома для системы непосредственного контроля процесса облучения 7. Рабочие чертежи по модификации стереотаксических пучков в ПИЯФ. 8. Рабочие чертежи по оборудованию для запуска офтальмологических пучков в ПИЯФ 9. Рабочие чертежи по переоборудованию и переоснащению имеющихся комплексов лучевой терапии на Березовой аллее, пр. Ветеранов, пос. Песочный. 10. Переоснащение существующих диагностических подразделений современным цифровым рентгенологическим оборудованием и организация электронных систем накопления и хранения медицинских данных на основе технологий GRID. Этап-3. 2010 -2011 годы. Строительство и оснащение комплекса в пос. Песочный и работы по модернизации в ПИЯФ. Этап-4. 2012 год. пусконаладочные работы. 54 ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ УЧАСТНИКИ ПРОЕКТА ОРГАНИЗАЦИЯ Генеральный подрядчик, имеющий подтвержденный опыт строительства аналогичных Центров в Европе. Проектные организации СанктПетербурга Строительные организации СанктПетербурга Центральный Научно-исследовательский Институт Рентгенологии и Радиологии (ЦНИРРИ) НИИ Физики им. В.А.Фока СанктПетербургского государственного университета (НИИ Физики им.В.А.Фока СпбГУ). НИИ Электро-Физической Аппаратуры им.Д.В.Ефремова (ФГУП НИИЭФА) Центральное Конструкторское Бюро Машиностроения (ЦКБМ), Министерство Атомной Энергии РФ Петербургский Институт Ядерной Физики (ПИЯФ) РАН, НИПК ««Электрон»», СПб. СПб ГУПТП ««Медтехника»» Научно-исследовательский Институт ФОРМЫ УЧАСТИЯ Проектирование, строительство, оборудование и ввод в эксплуатацию основного комплекса Центра на базе строящейся городской онкологической больницы в пос. Песочный. (На конкурсной основе). Проектирование, привязка, согласование проекта. (На конкурсной основе по выбору Генеральнго подрядчика). Участие в строительстве комплекса. (На конкурсной основе по выбору Генеральнго подрядчика). Научное и методическое руководство медицинской частью проекта. Научное руководство физической частью проекта.. Участие в разработке проекта, математическое и програмное обеспечение, внедрение систем GRID и MammoGRID в практическую медицину СанктПетербурга и Северо-Западного региона. Создание единой распределенной информационной базы диагностической информации. Подготовка персонала (специалистов-физиков и программистов) для работы на ускорителях и в центрах радионуклидной и цифровой рентгеновской диагностики. Возможное участие в изготовлении и эксплуатации узлов и систем оборудования (на конкурсной основе по выбору Генерального подрядчика) Возможное участие в проектировании, изготовлении и эксплуатации узлов и систем оборудования (на конкурсной основе по выбору Генерального подрядчика) Модернизация ускорителя ПИЯФ для работы с пиком Брэгга, модернизация стереотаксического протонного комплекса, завершение строительства циклотрона на 90 МэВ и создание протонного комплекса для офтальмологии Поставка и гарантийное обслуживание цифровой рентгеновской аппаратуры для ранней диагностики, в т.ч. флюоорографов и маммографов (на конкурсной основе). Участие в техническом обслуживании медицинского оборудования и его поддержании в работоспособном состоянии в течение всего срока эксплуатации (на конкурсной основе). Научное и методическое руководство медицинской 55 онкологии им. Н.Н. Петрова Научно-Исследовательский Институт Гигиены, Профпатологии и Экологии Человека Федерального управления медико-биологических и экстремальных проблем при Минздраве России . Комитет по здравоохранению Правительства Санкт-Петербурга, Городской противотуберкулезный диспансер Комитет по здравоохранению Правительства Санкт-Петербурга, Санкт-Петербургский Городской Клинический Онкологический Диспансер (СПбГКОД) частью проекта. Разработка и поставка аппаратуры для ранней диагностики предрасположенности к онкологическим заболеваниям (масс-спектрометрия сыворотки крови). Участие в изготовлении диагностического оборудования для офтальмологического комплекса в ПИЯФ. Научное и методическое руководство медицинской частью проекта, эксплуатация цифровой рентгеновской аппаратуры для ранней диагностики, в т.ч. флюоорографов Организация клинической эксплуатации Центра, его включение в систему здравоохранения СанктПетербурга. Научное и методическое руководство медицинской частью проекта, эксплуатация цифровой рентгеновской аппаратуры для ранней диагностики, в т.ч. маммографических установок ПРИЛОЖЕНИЕ 2 РАСХОДЫ, ДОХОДЫ И СРОКИ ОКУПАЕМОСТИ Эксплуатация (ориентировочно): № п/п Виды и объемы затрат 1 Электроэнергия Расценки Всего за год, млн.руб -? Вариант 1: - МегаВатт/час Вариант 2: -МегаВатт/час -? 2 Оплата сетей электронных коммуникаций (GRID) 10 ТВ данных 2 млн.руб 3 Новые рабочие места на ускорительном и диагностических комплексах – 100 человек Зарплата 1 специалиста = 34000 руб/ месяц 40.8 4 Новые рабочие места на ускорителях по производству радио-изотопов, в фарм-лабораториях, доставка изотопов в СПб – 100 человек Зарплата = 34000 месяц 40.8 5 Новые рабочие места 100 человек –информационное обеспечение и поддержка Зарплата = 34000 месяц 40.8 ИТОГО: - Нужна проработка следующих проблем: страховая медицина и компенсация за массовые обследования населения и за все виды высокотехнологичного лечения. Необходимо проверить все цифры для СПб. Диагностика Стоимость на 1 обследование Ожидаемое число пациентов в СПб за год Итого в год 56 1 Рентгеновская цифровая флюорография 8.5 евро=290 руб 2000 000 580 млн руб 2 Рентгеновская цифровая маммография 26 евро=884 руб 500 000 442 млн.руб. 3. Сверхранняя диагностика (выявление групп риска) на основе многофакторного анализа сыворотки крови 100руб 100 000 10 млн.руб ? ВСЕГО за год 1022 млн руб ? Лучевая и адронная терапия (NB! цифры по лучевым методикам надо проверить или подтвердить) Стоимость лечения 1 пациента Число пациентов за год Всего от страховых компаний за год 1 Обычная фотонная терапия (40 облучений) - 1000 euro ? 8000 8 mln euro? 2 Протонная терапия (20 облучений) - 1000 euro ? 2 000 2 mln euro? 3. Облучение пучками ядер 12 C (10 облучений) - 15 000 euro 1500 (при односменной работе ускорителя) 22.5 mln euro Всего 1000млн.руб (33.5 млн. евро) Компенсация за процедуры предполагается за счет государственного и иного страхования . Эти соглашения и подтверждения нужны ДО НАЧАЛА работ по созданию центра, с тем, чтобы представлять сроки окупаемости вложений (это требует отдельной проработки). На основе очень предварительных оценок можно ожидать, что покрытие инвестиций может произойти за 10 лет 57
