Acceleratorul Liniar de Particule

Acceleratorul liniar de particule

Rezumat: În această lucrare este prezentat acceleratorul de particule liniar. Se știe ca acceleratorul liniar de particule este cel mai folosit aparat în radioterapie.

Cuvinte cheie: Accelerator liniar, electroni, fotoni, radioterapie, plan de tratament.

NOȚIUNI TEORETICE

Acceleratorul liniar este un dispozitiv care genereaza radiatie folosind unde electromagnetice la frecvente inalte (3GHz).

În ultimele decenii acceleratoarele liniare medicale au devenit aparatele predominante în tratarea cancerului cu radiație ionizantă. Unele produc atât raze X cât și electroni la anumite energii de ordinul megavolților. Un accelerator medical modern produce fotoni de două energii (respectiv, 6MV și 18 MV) și electroni la anumite energii (respectiv, 6, 9, 12, 16, 22 MeV).

Componentele acceleratorul liniar sunt:

Sursa de putere

Modulator

Clistronul (sau magnetronul)

Ghidul de unda

Tunul de electroni

Tubul de accelerare

Capul de tratament

Sursa de putere asingură un curent direct rețelei de formare a pulsurilor (modulatorul). Iar rolul modulatotului este de a asigura pulsuri de curent simultan catodului clistronului si tunului de electroni. Clistronul este un amplificator de microunde (tub eletronic) alimentat de un generator de microunde de putere mică. Prin intermediul cavităților rezonante ale clistronului microundele sunt amplificate până la ordinul MW. Electronii emiși de catodul clistorului sunt accelerați în prima cavitate prin energizarea cu microunde de putere mică. În ultima cavitate electronii sunt decelerați iar energia lor cinetică este convertită în energie de microunde de mare putere. Tubul de electroni este sursa de electroni a structurii de accelerare. El este compus din anod si catod (filament de wolfram încălzit). Prin ghidul de undă puterea microundelor este transferată tubului de accelerare.

Capul de tratament conține componente care influențează producerea, modularea, localizarea și monitorizarea fasciculului de particule. Acestea sunt:

Ținta de raze X,

Folia de împrăștiere,

Filtru de nivelare al fasciculului,

Camera de ionizare,

Sistemul de colimare,

Sistemul luminos de localizare.

În cazul tratamentului fotonic electronii sunt incidenți pe ținta de raze X se produce radiația bremsstrahlung. Astfel, fasciculul de electroni este convertit într-un spectru fotonic cu energia medie egala cu o treime din valoarea maxima a energiei electronilor. Deoarece fasciculul de fotoni este heterogen, iar energia sa maximă este focalizată în direcția înainte, este nevoie de un filtru de nivelare al fasciculului pentru a-i uniformiza intensitatea.

În cazul în care tratamentul necesită electroni, ținta de raze X este retrasă, pentru a permite trecerea liberă a electronilor. Deoarece fasciculul de electroni este foarte îngust, se folosește o folie de împrăștiere pentru a-l lărgi. Pentru a facilita împrăștierea electronică folia trebuie să fie foarte subțire și preferabil din Aluminiu (Al) sau Cupru (Cu).

Fasciculul format (electroni/fotoni) este incident pe o cameră de monitorizare a dozei de radiație (o serie de camere de ionizare) pentru a determina debitul dozei, doza integrată și simetria câmpului de radiație.

Colimarea fascicului de fotoni/electroni este obținută cu 3 dispozitive de colimare:

Colimator primar,

Colimator secundar mobil (acesta definește fasciculul),

Colimator multi-lamă (MLC).

Colimatorul primar definește un câmp circular maxim care este apoi trunchiat cu ajutorul colimatorului dreptunghiular ajustabil care constă din 2 „fălci” superioare și 2 inferioare independente și asigură formarea unui câmp rectangular cu dimensiuni maxime de 40×40 cm.

Colimatoarele multi-lamă sunt o adiție relativ nouă în tecnologia de livrare a dozei. Ideea din spatele lor este simplă. Permit producerea de câmpuri de forme iregulare cu acuratețe și eficiență. Este bazat pe un aliniament de perechi de lamele înguste, fiecare lamelă este controlată de propriul său motor în miniatura. Modele curente încorporează până la 120 de lamele (60 de perechi) acoperind câmpul de radiație până la 40×40 cm și necesită 120 de motoare și circuite de control individuale care sunt controlate computerizat.

PARTEA EXPERIMENTALĂ

Etapele planificării radioterapiei

Planul de radioterapie:

Descrierea tratamentului.

Metoda de imobilizare a pacientului.

Achiziția de imagini a volumului tumoral (VT) și a datelor despre pacient.

Delimitarea volumelor țintă la simulator.

Alegerea tehnicii de iradiere și setarea parametrilor de iradiere (colimare, gantry).

Trasarea izodozelor

Administrarea tratamentului:

Prescrierea dozei.

Implementarea planului pe masa de tratament, efectuarea de filme de control.

Verificari: suprapunerea câmpurilor (simulator-aparat de radioterapie), dozimetrie clinică pentru determinarea distribuției dozei în volumul țintă.

Asigurarea unei reproductibilități a administrării zilnice a tratamentului.

Monitorizarea tratamentului: săptămânal se evaluează răspunsul tumoral și efectele secundare.

Înregistrarea și raportarea tratamentului administrat.

Asigurarea controlului calității pe tot parcursul procesului.

Evaluarea supraviețuirii fără semne de boală și a recidivei loco-regionale.

Imaginea 3D rezultată în urma unui CT este introdusă într-un software specializat în care se va realiza planul de tratament. Planificarea tratamentului în radioterapie este sinonimă cu localizarea tridimensională a volumului țintă, prescripția dozei, tehnica de iradiere, doza zilnică, doza la structurile critice, fracționarea dozei, doza totală, modalitățile de administrare pentru a obține distribuția dorită în volumul țintă și documentarea dozei.

Volumul țintă clinic (CTV) este volumul tumoral, iar organele de risc sunt organele care sunt situate în apropierea volumul tumoral. În acest caz volumul țintă este situat în coloana vertebrală lombară, iar organul de risc este măduva spinării.

Înainte de a fi pus in aplicare planul de tratament se face o simulare, în cadrul căruia pacientul este plasat cu anumite măsuri de imobilizare deoarece poziționarea pacientului trebuie să fie reproductibilă pentru tratamentele zilnice cu precizie acceptabilă. Uneori se utilizează tatuaje permanente pe tegumentele pacientului.

Stabilirea geometriei fasciculului de radiații:

Fasciculul de radiații se definește ca fiind radiația emisă de o sursă căreia i se pot impune dimensiuni și forme variabile cu ajutorul sistemului de colimare.

Câmpul de iradiere corespunde suprafeței de secțiune a fasciculului de radiații, perpendicular pe axul central; acesta poate fi precis delimitat.

Distanța sursă-tumoră (DST) corespunde distanței între planul frontal al sursei și centrul tumorii; ea poate fi la aparatele cu montaj izocentric 80-100 cm.

Axa fasciculului este axa de trecere prin centrul geometric al sursei și prin centrul geometric al colimatorului.

Obiectivul nostru este ca 95% din volumul țintă să primească 95% din doza prescrisă.

Deoarece tumoarea este localizată în partea posterioara a corpului vom folosi doar 2 câmpuri, ambele din partea posterioară pentru a nu afecta viscerele situate în partea anterioară.

Programul stabilește automat forma fasciculului de radiații în conformitate cu volumul tumoral conturat, însă aceasta nu este forma finală a fasciculului deoarece avem opțiunea de a modifica poziția lamelelor colimatoare. În acest caz am folosit și blocuri de ecranare de 30º.

După stabilirea geometriei de câmp programul calculează distribuția dozei.

Anexa 1.

Anexa 2.

Anexa 3.

CONCLUZII

Acceleratorul liniar de particule este folosit în tratarea tumorilor cu radiație ionizantă. Acesta produce fascicule de electroni sau fotoni. Alegerea tipului de fascicul se face în funcție de localizarea tumorii. Fasciculul de electroni se folosește pentru tumorile de suprafață, iar cel de fotoni pentru tumorile aflate în adâncime.

Doza totală necesară poate fi administrată o dată sau poate fi fracționată, pacientul ajungând să facă până la 20-30 de ședințe.

Aș dori să adresez mulțumiri Conducerii și personalului din cadrul Spitalului Clinic Municipal Dr. Gavril Curteanu Oradea pentru că ne-au pus la dispoziție toate cele necesare realizării acestui plan de tratament.

BIBLIOGRAFIE

http://www.umfiasi.ro/Rezidenti/suporturidecurs/Facultatea%20de%20Medicina/Oncologie/oncologie%20medicala-%20tematica%20curs%20rezidenti/14.%20Radioterapia.pdf

E. B. Podgorsak, Radiation Physics for Medical Physicists, Springer