ACELERADORES LINEALES

ACELERADORES LINEALES DE ELECTRONES

No disponen de ninguna fuente radiactiva, en consecuencia solo se producen radiaciones cuando el equipo es conectado y se ordena producirlas. Los aceleradores pueden ser de dos tipos: monoenergeticos y multienergéticos. Los primeros solo producen una energía de fotones mientras que los segundos pueden producir haces de fotones y de electrones

Funcionamiento básico de un acelerador lineal de electrones:

Unos electrones que son producidos cuando un filamento metálico se pone incandescente al paso de la corriente eléctrica son introducidos en un cilindro o tubo provisto de varias cavidades (sección aceleradora) en donde también se han inyectado unas ondas. Tanto en la zona donde está el filamento (cañón de electrones) como la sección aceleradora es necesario que exista un alto grado de vació para permitir los desplazamientos de los electrones. Las ondas son generadas por un equipo denominado modulador y son amplificadas por una fuente especial de potencia denominada magnetrón o klystron,

Los electrones y las ondas son inyectados en la sección aceleradora de forma simultánea en forma de pulsos, en consecuencia los electrones aparecen agrupados al comienzo de la sección aceleradora.

Sección generadora:

 Está constituida por el cañón de electrones, el modulador, el generador de potencia (magnetrón o klynstron). El cañón de electrones contiene un filamento, que emite electrones cuando pasa por él una corriente y una rejilla que hace de ánodo. Es la fuente de electrones que inyecta los electrones en la sección aceleradora.

El modulador es el que va a suministrar simultáneamente pulsos de tensión al cañón de electrones y al klystron. Contiene los componentes que distribuyen y controlan la potencia eléctrica primaria a todas las áreas de la máquina, desde su conexión.

El circulador es un dispositivo que se inserta en la guía de ondas para aislar el klystron de las microondas reflejadas de retroceso del acelerador

Sección aceleradora:

Su forma es de tubo y dentro de él existen una serie de cavidades en la cual se ha realizado el vacío. En ella se van a inyectar unas ondas que provienen de una guía de ondas y unos electrones que provienen del cañón.

Existen dos modelos de ondas utilizadas en los aceleradores lineales: las progresivas y las estacionarias. Las ondas progresivas disponen de una sección aceleradora formada por un tubo de cobre con su interior dividido en discos o diafragmas de distinta apertura y separación que propagan las ondas a lo largo de su eje.

En el caso de las ondas estacionarias la guía de ondas está formada por cavidades de tal modo que aquellas cavidades con valor cero del campo eléctrico se acoplan a la estructura del montaje y así no se pierde espacio.

Sección deflectora:

En los aceleradores multienergéticos la sección aceleradora mide del orden de 2 m y se sitúa de forma paralela al suelo. Ya que el paciente se sitúa en una mesa también paralela al suelo es necesario desviar la trayectoria de los electrones 90º. Para conseguirlo los aceleradores tienen unas bobinas magnéticas que permiten desviar la trayectoria de los electrones. En función del constructor los electrones pueden ser desviados 90º ó 270. A este conjunto los llamaremos sistema magnético de deflexión del haz.

Cabezal:

Es el lugar donde una vez que los electrones se sitúan perpendiculares al suelo se rompe el vacío y los electrones se dirigen hacia el paciente. También es la zona donde se pueden producir los haces de fotones. Está compuesto por: el blanco de rayos X, cono ecualizador para fotones, filtros homogeneizadores para electrones, cámaras de ionización y colimadores primarios y secundarios.

Haces de fotones:

Una vez que el haz de electrones ha roto el vació, el haz se va encontrar con un material de numero atómico alto, que denominaremos blanco (target) con el que va chocar produciendo una radiación de frenado, en consecuencia rayos X.

La radiación producida no es uniforme y necesita para ser utilizada de forma clínica ser homogeneizada. Para ello empleamos un cono o filtro nivelador colocado a la salida del blanco. Figura 4 Después del cono, el haz se va a encontrar con dos cámaras de ionización de transmisión denominadas cámaras monitoras. Tienen forma plana, controlan: la dosis, tasa de dosis, la homogeneidad y la simetría del haz. La medida de estas dosis la denominaremos “unidades de monitor” 

En la actualidad los sistemas de colimación secundaria cuenta con un sistema denominado de multihoja que según el fabricante sustituye al colimador secundario o añadido como colimador terciario. Está constituida por hojas de alto número atómico que se mueven de forma individual. El tamaño de la anchura de las mismas proyectado en el isocentro pueden variar entre 1 cm., 0,5 cm. o hasta 0,3 cm

Con este tipo de colimación se pueden realizar tratamientos con formas irregulares sin necesidad de utilizar blindajes terciarios. Las hojas se mueven por motores individuales y estos movimientos son controlados por un ordenador que verifica la posición de cada lámina.

Haces de electrones :

El camino de los haces de electrones después de la salida del vacío va a ser distinto del de los haces de fotones. Los haces de electrones que se van a emple ar en terapia tienen que ser planos y uniformes cuando interacciones con el paciente.

Otra de las características de estos haces es que necesitan de un colimador terciario que se inserta en el cabezal de la unidad. La misión de este es conseguir filtran los electrones dispersos en la interacción del haz de electrones con el aire y conseguir que los que lleguen al paciente sean uniformes.

Mesa de tratamiento:

Es el lugar en donde se coloca al paciente para la irradiación. Los movimientos del tablero son: transversales, longitudinales y vertical. Con ellos se sitúa el punto anatómico del isocentro de la planificación del tratamiento al isocentro del acelerador. También tiene movimientos de rotación isocéntrica de la mesa y de rotación del tablero.

Existen en la actualidad mesas que disponen de otros dos movimientos angulares del tablero a lo largo de los ejes longitudinales y laterales. A las mesas que tienen estos movimientos las denominamos mesas 6D.

Tratamientos con intensidad modulada (IMRT):

Los aceleradores actuales permiten realizar tratamientos en los que un haz de irradiación puede ser dividido en múltiples segmentos. De esta manera se obtienen distribuciones de dosis que permiten disminuir las dosis a los órganos críticos próximos al tumor.

 Existen diferentes métodos de IMRT que son función de cada fabricante Destacaremos los siguientes:

Estática:

Emplean haces fijos, cada haz se divide aproximadamente entre 5 o mas segmentos en los que cambia la posición del multiláminas (MLC). Cuando se utiliza este tipo de irradiación el acelerador solamente irradia cuando las hojas del MLC están quietas.

Dinámica: 

Es el mismo tipo de técnica que en el caso anterior pero la irradiación en cada campo fijo se realiza de modo continua. Es decir se selecciona un campo de irradiación y una vez seleccionado se produce la irradiación mientras las hojas se mueven de forma dinámica.

Volumétrica:

La irradiación se realiza mediante haces en movimiento. Al mismo tiempo que se mueve el brazo de la unidad las multiláminas del MLC también se mueven, mientras se irradia.

COMPONENTES RESPONSABLES DE FORMACIÓN DEL HAZSISTEMA DE INYECCIÓN:

1.   Sistema de generación de microondas.

2.   Sistema auxiliar.

3.   Sistema de transporte del haz.

4.   Sistema de colimación y monitoreo del haz.

Componentes

FUENTES DE MICROONDAS: MAGNETRÓN

Es un generador de microondas. Los electrones que se generan en el cátodo y viajan hacia el ánodo que tiene cavidades resonantes  son sometidos a un fuerte campo magnético, momento en que se producen  las microondas por aceleración y desaceleración de los electrones.

Típicamente  el magnetrón opera con un pico de  3MW. Usado para  aceleradores de baja energía  (hasta de 6MV)

FUENTES DE MICROONDAS: KLYSTRON

Es un  amplificador de microondas que necesita  ser abastecido por un oscilador de microondas de bajo poder, es decir, recibe a la entrada ondas electromagnéticas de alta frecuencia (microondas) y baja potencia (400 W) y da a la salida microondas de alta potencia (7 MW).

Empleado en aceleradores de alta energía

COMPARACIÓN:

Magnetrón

Ø  Usado en LINAC de baja s energías (4-8 MeV) Pico 3MW.

Ø  Menor voltaje.

Ø  Menor tamaño.

Ø  No requiere conductor de RF.

Ø  Puede ser montado en el gantry giratorio.

Klystron

Ø  Usado en LINAC de alta  energías (10-25 MeV) Pico 7MW.

Ø  Alto  voltaje.

Ø  Mayor tamaño.

Ø  No puede ser montado en el gantry giratorio.

Ø  Requiere un conductor de RF.

Ø  Necesita ser montado con un tanque de aceite aislante.

MODULADOR:

El modulador  suministra los pulsos de alta tensión que duran  unos pocos microsegundos a la fuente microondas  y al cañón de electrones.

Requerimientos para la generación de microonda

Ø  Alto voltaje

Ø  Alta corriente

Ø  Pulsos de corta duración 

INYECTOR:

El cañón de electrones es la fuente de los electrones que serán  acelerados. Al igual que en un tubo de rayos X  convencional,  los electrones se generan a partir de un cátodo calentado por el proceso de emisión termiónica.

ESTRUCTURA ACELERADORA:

Es el componente básico de un acelerador consiste de un tubo  de cobre  cuyo interior  está dividido  por discos  o diafragmas de cobre  diferente  apertura y espacio  a un alto  vacío.

Objetivos de las cavidades

Ø  Acoplar y distribuir las microondas entre las cavidades.

Ø  Proporcionar campos eléctricos con fases < a la velocidad de la luz.

SISTEMA DE ORIENTACIÓN Y  ENFOQUE DEL HAZ

Para evitar desviación del haz se aplica un campo magnético estático a través de una serie de espiras focalizadas y colocadas a intervalos y a lo largo de a guía.

El sistema de plegado (Bending Magnet)

Bending Magnets, son  imanes  de  flexión que  los utilizan  linacs que operan  con  energías  por encima del 6 MeV, donde la  estructura aceleradora es demasiado larga y son generalmente montados paralelos al eje de rotación de ventana del haz de electrones  los que  deben ser dobladas para que los de rayos X puedan  salir a través de la ventana, haz de salida.

CABEZAL:

HAZ DE ELECTRONES:

•         No es  necesario el blanco

•         Lámina dispersora, para producir mayor haz (ampliarlo)

•         El aplicador es necesario para obtener una buena delimitación del campo en el paciente

CABEZAL:

Colimador multihojas:

•         Para definir cualquier forma del haz de radiación

•         Algunas consideraciones:

Diferente ancho de hojas(1cm a 0.4cm)

Reemplaza al colimador normal o es adicional a este.

GANTRY:

Ø  El  gantry viene hacer  la parte del acelerador lineal donde se montan principalmente la estructura aceleradora y el cabezal, es el que permite  la rotación del haz alrededor de paciente.

CONSOLA DE CONTROL:

Ø  Monitor 1:  Parámetros del campo.

Ø  Monitor 2: Control de la  administración del  tratamiento del  paciente.

Ø  Monitor 3: Dispositivo de imagen portal electrónica EPID.

Radioterapia guiada por la imagen (IGRT):

En radioterapia siempre ha sido necesario verificar que el paciente se posiciona igual a lo largo de las distintas sesiones que constituyen el tratamiento que el día que se realizo el TC de simulación.

En la actualidad los aceleradores incorporan sistemas de obtención de imágenes en el propio acelerador. Se denomina EPID (Sistemas electrónicos de imagen portal) y están constituidos por un panel de silicio amorfo. La imagen la obtienen directamente del haz de irradiación que produce el propio acelerador.