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LabVIEW nel centro di controllo del sincrotrone CNAOPorte aperte sulla ricerca clinica durante NIDays 2013, il forum tecnologico dedicato alla progettazione grafica di sistemi in ambito di misura, controllo e automazione svoltosi lo scorso 27 febbraio presso il MiCo di Milano, che ci permesso conoscere da vicino una delle eccellenze della ricerca made in Italy.

Si tratta del CNAO, il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica realizzato e gestito dalla Fondazione CNAO, istituita dal Ministero della Salute nel 2001 e inserita nel quadro delle eccellenze della Regione Lombardia; tra i suoi membri fondatori l'Ospedale Maggiore di Milano, l'Istituto Europeo di Oncologia di Milano, l'Istituto Neurologico Besta di Milano e la Fondazione per la Terapia con Radiazioni Adroniche (TERA) di Novara.

Di cosa si tratta? Nello specifico, l'adroterapia è una nuova terapia oncologica in grado di "bruciare" con precisione ed efficacia i tumori solidi, ritenuti non operabili o particolarmente resistenti alle terapie convenzionali; inoltre è in grado di garantire un tasso di sopravvivenza maggiore rispetto alle tecniche tradizionali salvaguardando i tessuti sani.

Tutto questo è possibile grazie al sincrotone, un generatore di particelle che fa girare gli ioni carbonio e protoni (che fanno parte della categoria degli adroni) a una velocità di circa 30 mila chilometri al secondo; una volta raggiunta la velocità adeguata, il fascio viene trasferito alla sala di trattamento, dove un magnete di 150 tonnellate lo curva e lo indirizza sul paziente.

National Instruments ha partecipato a questo innovativo progetto con l'ecosistema di LabVIEW, l'ambiente di sviluppo integrato per il linguaggio di programmazione visuale, che controlla il sincrotrone e fornisce al medico l'interfaccia attraverso la quale andrà a selezionare con la massima precisione l'area verso cui indirizzare il fascio.

Sincrotrone CNAO a Pavia

È il dott. Marco Pullia, Responsabile dell'Unità di Ricerca e Sviluppo di CNAO, ad introdurre il progetto.
"Il sincrotrone è un macchinario molto complesso; si tratta di un acceleratore di particelle, una 'ciambella' lunga 80 metri con un diametro di 25. Al mondo ne esistono solo 6, e uno si trova in Italia, al CNAO, a Pavia".

Era il 2000, e l'allora Ministro della Salute Umberto Veronesi decise di finanziare la realizzazione del CNAO; l'anno successivo il Ministro Gerolamo Sirchia, appena nominato, insediò una Commissione per analizzare il progetto e, non appena fu emesso parere positivo, insediò il Consiglio, che nominò Presidente Erminio Borloni.

A lui il merito di aver contribuito a sfondare il "tetto di cristallo" che spesso impedisce a progetti di ricerca di crescere e affermarsi; il suo approccio manageriale ha portato al CNAO nel corso degli anni sponsor e personale qualificato e motivato. Il 15 febbraio 2012 il centro venne inaugurato, con apertura della fase di sperimentazione clinica (che si concluderà con la fine del 2013).

"Il nostro obiettivo è quello, una volta terminata questa fase di sperimentazione, di arrivare a curare 2000-3000 pazienti l'anno con tumori radioresistenti, ovvero quei pazienti che presentano tumori dislocati in posizioni difficili da raggiungere con la radioterapia tradizionale o per i quali non vengono più considerati possibili i trattamenti". Tra questi, soprattutto, i tumori di testa, collo e pancreas, solitamente e statisticamente considerati tra i più difficili da trattare.

Il 13 novembre 2012 è stato trattato con l'adroterapia il primo paziente, affetto da tumore alle ghiandole salivari.
"Il condrosarcoma della base cranica è un tipo di tumore che stiamo trattando e che sta ritornando ottimi risultati. Anche il tumore del pancreas sta mostrando risultati interessanti: grazie all'adroterapia l'aspettativa di vita a 3 anni è arrivata al 60%".

I trattamenti effettuati presso il CNAO sono indolori per il paziente e di gran lunga più brevi: dalle 7 settimane necessarie per la radioterapia tradizionale qui si scende a 1 settimana". Risultati più che incoraggianti e che accendono nuove speranze per la cura del cancro. "Siamo entusiasti del lavoro svolto, la documentazione è presso il Ministero della Sanità in attesa della marcatura CE", sottolinea Pullia.

Tutto semplice, potrebbe sembrare. Ma non è così. Proprio per la sua complessità e per l'ingombro, il sincrotrone è una macchina dai costi di costruzione elevati e dalla portabilità limitata. Come spiega Borloni, "L'evoluzione strutturale al momento è ferma. In 12 anni ancora si copiano i disegni originali e si costruiscono macchine che sono l'esatta replica della 'matrice' del CNAO; certo, si può andare a lavorare sulle singole componenti, come ad esempio il tipo di puntatore che direziona il fascio sul paziente, ma nel complesso la progettazione è conclusa. Servono fondi, certo. E occorre anche scontrarsi con la dura realtà di chi antepone i numeri spuri alle potenzialità di questa terapia e con chi oppone una certa forma di resistenza all'introduzione dell'adroterapia nella cura dei tumori".

I numeri parlano da soli: il "valore" del CNAO si aggira sui 300-350 milioni di euro, di cui circa la metà è stata spesa per costruire il centro e il rimanente per il sincrotrone.

Tra i partner scelti dal CNAO per contribuire alla realizzazione del sincrotrone c'è anche National Instruments. "Il nostro intento era quello di collaborare con realtà forti e affermate nel proprio campo, così da poter garantire l'eccellenza in ogni parte del sincrotrone. Per questo motivo abbiamo coinvolto National Instruments e scelto di adottare LabVIEW per il sistema di controllo del sincrotrone", spiega Borloni.

E Pullia sottolinea che "LabVIEW ha notevolmente semplificato molte delle operazioni di progettazione, consentendo agli esperti di focalizzarsi sulla ricerca clinica".

"Il Progetto CNAO incarna in pieno la missione di National Instruments", afferma Lino Fiore, Managing Director di National Instruments Italy, "ovvero poter contribuire a migliorare la vita di tutti i giorni con l'aiuto dell' ingegneria e della scienza ". "È attraverso il lavoro di centri di eccellenza come quello di Pavia che l'Italia può a pieno diritto vantare un ruolo di rilievo nell'avanguardia in campo della ricerca", conclude Fiore.

Acquisizione dei segnali dal sincrotroneAnche dal punto di vista del controllo elettronico, il sincrotrone ha richiesto l'adozione di hardware molto sofisticato, soprattutto per le strettissime tolleranze delle misure da effettuare in tempo reale. Ad esempio, per alcuni sistemi di misure e controllo del segnale sono richieste risoluzioni dell'ordine dei 10 microsecondi con jitter massimo ammesso di 50 ns.

Per affrontare questa sfida i tecnici del progetto CNAO hanno realizzato delle reti di trasporto del segnale in fibra ottica e delle schede di elaborazione dedicate basate sul bus PXI. Per dare un'idea della complessità dell'intero sistema di controllo, basta pensare che sono presenti oltre 300 CPU che lavorano in tempo reale e oltre 100 schede PXI-7811 di National Instruments con coprocessori FPGA a bordo.

Sul sito del CNAO è possibile scorrere le testimonianze di alcuni pazienti che si sono sottoposti al trattamento in questo periodo di sperimentazione. Traspaiono riconoscenza e una toccante umanità – perché non bisogna mai dimenticare che, prima di tutto, la ricerca ha lo scopo di migliorare la qualità della vita delle persone.