Installation of hybrid cyclotrons in remote regions: development of a tailored techno-economic cost-effectiveness model

Abstract

Positron Emission Tomography (PET) has become an essential component of modern oncological management, enabling accurate staging, treatment planning and response assessment across a wide range of malignancies. However, access to PET imaging remains uneven, particularly in geographically isolated regions where reliance on mainland radiopharmaceutical delivery introduces logistical fragility, increased costs and potential delays in care. This thesis investigates the feasibility, economic implications and health impact of local radiopharmaceutical production in such settings, using Corsica as a principal case study and extending the analysis to other European island regions. The work combines complementary methodological approaches to address both economic and clinical dimensions of PET deployment. First, a detailed cost-minimisation analysis is performed over a 20-year time horizon to compare three competing supply models: continued mainland delivery of PET radiopharmaceuticals, local PET-only cyclotron production and hybrid cyclotron production supporting both PET and Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) activity. The analysis incorporates capital investment, fixed and variable operational costs, logistics, population-adjusted demand forecasts, purchasing power parity corrections and sensitivity analyses. Results demonstrate that delivery-based models are structurally inefficient in island regions, while local production —particularly hybrid cyclotron solutions— consistently emerges as the least costly long-term strategy, with substantial discounted savings in most scenarios. Beyond economic modelling, the thesis presents an original assessment of the population-level health impact of PET availability. Using a difference-in-differences framework applied to French departmental mortality data and PET installation timelines, the analysis estimates the causal effect of PET introduction on cancer mortality. A statistically significant reduction in mortality is identified for tracheal, bronchial and lung cancers, amounting to approximately 2,72 fewer deaths per 100.000 inhabitants per year. This effect is robust, supported by parallel-trend and event-study analyses, and specific to lung cancer, consistent with the clinical role of PET in accurate staging and treatment selection. This mortality reduction constitutes the primary original scientific contribution of the thesis.To integrate clinical outcomes with economic evaluation, the estimated reduction in lung cancer mortality is translated into Quality-Adjusted Life Years (QALYs) and monetised using standard European willingness-to-pay thresholds. Applied to Corsica, the empirical effect corresponds to approximately 4,62 avoided lung cancer deaths per year, yielding around 4,51 QALYs gained annually. Depending on the value assigned to a QALY, this represents an annual health benefit between 90.200 € and 225.500 €, and a discounted 20-year benefit between 1,8 and 4,5 million €. While conservative and limited to lung cancer alone, these estimates demonstrate that PET availability generates measurable population-level health gains in addition to substantial cost savings. Taken together, the results of this thesis show that local radiopharmaceutical production in geographically isolated regions is both economically viable and clinically meaningful. The findings support a broader view of diagnostic infrastructure as a determinant of health outcomes and equity, rather than merely a technical or logistical resource. By integrating economic modelling, empirical mortality analysis and QALY-based valuation, this work provides a comprehensive framework for evaluating local radiopharmaceutical production deployment and contributes evidence relevant to health economics and health-care policy.

Η Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων (PET) αποτελεί πλέον βασικό εργαλείο της σύγχρονης ογκολογικής πρακτικής, επιτρέποντας ακριβή σταδιοποίηση, βέλτιστο σχεδιασμό θεραπείας και αξιολόγηση της ανταπόκρισης σε ευρύ φάσμα κακοηθειών. Παρά τη σημασία της, η πρόσβαση στην PET απεικόνιση παραμένει άνιση, ιδίως σε γεωγραφικά απομονωμένες περιοχές, όπου η εξάρτηση από την ηπειρωτική παραγωγή και μεταφορά ραδιοφαρμάκων δημιουργεί λογιστικές αδυναμίες, αυξημένο κόστος και ενδεχόμενες καθυστερήσεις στη φροντίδα των ασθενών. Η παρούσα διατριβή εξετάζει τη σκοπιμότητα, τις οικονομικές συνέπειες και τον αντίκτυπο στην υγεία από την τοπική παραγωγή ραδιοφαρμάκων σε τέτοια περιβάλλοντα, με κύρια μελέτη περίπτωσης την Κορσική και επέκταση της ανάλυσης σε άλλα ευρωπαϊκά νησιωτικά συστήματα. Η μελέτη συνδυάζει συμπληρωματικές μεθοδολογικές προσεγγίσεις ώστε να καλύψει τόσο τις οικονομικές όσο και τις κλινικές διαστάσεις της ανάπτυξης υπηρεσιών PET. Αρχικά, πραγματοποιείται ανάλυση ελαχιστοποίησης κόστους με χρονικό ορίζοντα 20 ετών, συγκρίνοντας τρία εναλλακτικά μοντέλα εφοδιασμού: τη συνεχιζόμενη μεταφορά ραδιοφαρμάκων από την ηπειρωτική χώρα, την τοπική παραγωγή με κύκλοτρο αποκλειστικά για PET και την υβριδική παραγωγή που υποστηρίζει τόσο PET όσο και δραστηριότητα για υπολογιστική τομογραφία εκπομπής μονού φωτονίου (SPECT). Η ανάλυση λαμβάνει υπόψη το αρχικό επενδυτικό κόστος, τα σταθερά και μεταβλητά λειτουργικά έξοδα, τα λογιστικά κόστη, τις προβλέψεις ζήτησης προσαρμοσμένες στον πληθυσμό, τις διορθώσεις αγοραστικής δύναμης και εκτενείς αναλύσεις ευαισθησίας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα μοντέλα βασισμένα στη μεταφορά είναι διαρθρωτικά μη αποδοτικά για νησιωτικές περιοχές, ενώ η τοπική παραγωγή —και ιδίως οι υβριδικές λύσεις κύκλοτρων— αναδεικνύονται συστηματικά ως οι οικονομικά αποδοτικότερες μακροπρόθεσμες επιλογές. Πέραν της οικονομικής μοντελοποίησης, η διατριβή παρουσιάζει μια πρωτότυπη εκτίμηση του πληθυσμιακού αντίκτυπου της διαθεσιμότητας PET στη θνησιμότητα από καρκίνο. Χρησιμοποιώντας μεθοδολογία «διαφορών-στις-διαφορές» (difference-in-differences) σε δεδομένα θνησιμότητας ανά γαλλικό νομό και χρονικές στιγμές εγκατάστασης PET, εκτιμάται η αιτιώδης επίδραση της εισαγωγής του PET σε σχέση με την θνησιμότητα. Διαπιστώνεται στατιστικά σημαντική μείωση της θνησιμότητας για καρκίνους της τραχείας, των βρόγχων και του πνεύμονα, της τάξης των 2,72 λιγότερων θανάτων ανά 100.000 κατοίκους ετησίως. Το αποτέλεσμα αυτό είναι στατιστικά ισχυρό, υποστηρίζεται από ελέγχους παράλληλων τάσεων και αναλύσεις τύπου event-study και περιορίζεται ειδικά στον καρκίνο του πνεύμονα, σε συμφωνία με τον κλινικό ρόλο του PET στην ακριβή σταδιοποίηση και επιλογή θεραπείας. Η εκτίμηση αυτή αποτελεί τη βασική πρωτότυπη επιστημονική συμβολή της διατριβής.Για την ενοποίηση των κλινικών αποτελεσμάτων με την οικονομική αξιολόγηση, η εκτιμώμενη μείωση της θνησιμότητας μεταφράζεται σε Έτη Ζωής Προσαρμοσμένα ως προς την Ποιότητα (QALYs) και αποτιμάται οικονομικά με βάση καθιερωμένα ευρωπαϊκά όρια προθυμίας πληρωμής. Εφαρμοζόμενο στην Κορσική, το εμπειρικό αποτέλεσμα αντιστοιχεί σε περίπου 4,62 αποτρεπόμενους θανάτους από καρκίνο του πνεύμονα ετησίως, που μεταφράζονται σε περίπου 4,51 QALYs ετησίως. Ανάλογα με την αποτίμηση του QALY, το ετήσιο όφελος υγείας κυμαίνεται μεταξύ 90.200 € και 225.500 €, ενώ το προεξοφλημένο όφελος σε ορίζοντα 20 ετών κυμαίνεται μεταξύ 1,8 και 4,5 εκατομμυρίων ευρώ. Παρά τον συντηρητικό χαρακτήρα της ανάλυσης, τα αποτελέσματα τεκμηριώνουν ότι η διαθεσιμότητα τοπικής παραγωγής ραδιοφαρμάκων συνεπάγεται μετρήσιμα πληθυσμιακά οφέλη υγείας, πέραν των σημαντικών οικονομικών εξοικονομήσεων. Συνολικά, η διατριβή καταδεικνύει ότι η τοπική παραγωγή ραδιοφαρμάκων σε γεωγραφικά απομονωμένες περιοχές είναι τόσο οικονομικά βιώσιμη όσο και κλινικά ουσιώδης. Τα ευρήματα υποστηρίζουν μια ευρύτερη θεώρηση της διαγνωστικής υποδομής ως καθοριστικού παράγοντα εκβάσεων υγείας και ισότητας πρόσβασης και όχι απλώς ως τεχνικού πόρου. Μέσω της ολοκληρωμένης σύνδεσης οικονομικής μοντελοποίησης, εμπειρικής ανάλυσης θνησιμότητας και αποτίμησης QALYs, η παρούσα εργασία προσφέρει ένα συνεκτικό πλαίσιο αξιολόγησης της τοπικής παραγωγής ραδιοφαρμάκων και συμβάλλει ουσιαστικά στους τομείς των Οικονομικών της Υγείας και της χάραξης πολιτικής υγείας.