Parçacık Hızlandırıcılarının Medikal Uygulamaları 2. Doç.Dr. Bahar DİRİCAN GATA Radyasyon Onkolojisi AD.

Transkript

1 Parçacık Hızlandırıcılarının Medikal Uygulamaları 2 Doç.Dr. Bahar DİRİCAN GATA Radyasyon Onkolojisi AD

2 Parçacık Hızlandırıcıları Van de Graff Jeneratörleri Lineer Hızlandırıcılar Betatron Mikrotron Siklotron

3 Van de Graff Jeneratörleri İlk defa 1931 yılında imal edilmiştir Yüklü parçacıkları elektrostatik olarak hızlandırmak için dizayn edilmişlerdir 2 MV enerjili X-ışını üretirler

4 Lineer Hızlandırıcılar 1925 te Ising ilk lineer hızlandırıcıyı önerdi İsveç li fizikçi Wideröe bu düşünceyi genişletti 1928 de Civa iyonlarının radyofrekansı Rf voltajı ile hızlandırılmasıyla çalışan ilk lineer hızlandırıcıyı dizayn etti

5 Lineer Hızlandırıcılar Lawrence ve Livingston 1932 de ilk çalışan Siklotronu inşa ettiler 1940 yılından sonra yüksek frekanslı çok kısa dalga boylu (mikrodalga) osilatörler geliştirildi 1941 de Kerst ilk başarılı betatronu inşa etti

6 Lineer Hızlandırıcılar İlk medikal lineer hızlandırıcı 1952 de Londra da Hammersmith hastanesinde kuruldu Bu cihazla ilk tedavi 1953 de 8 MV luk X-ışınlarıyla yapılmıştır

7 Lineer Hızlandırıcılar Çok enerjili X-ışını ve elektronları üreten bilgisayar kontrollü cihazlardır Bremsstrahlug X-ışını spektrumu bir maksimum enerjiye E max (hızlandırıcı potansiyeli) sahiptir Ortalama X-ışını enerjisi yaklaşık olarak 1/3 E max dır

8 Lineer Hızlandırıcılar Genellikle foton enerjileri 2 kademelidir (örn. 6 ve 25 MV) 1 ve 3 kademeli olanları da vardır Elektron enerjileri genellikle 5 kademelidir elektron enerjileri 9 kademeye kadar (örn. 4,6,8,10,12,15,18,20,22 MeV) olabilir

9 Lineer Hızlandırıcılar

10 Lineer Hızlandırıcılar

11 Lineer Hızlandırıcılar

12 Lineer Hızlandırıcılar Güç kaynağı modülatöre DC akım sağlar Modülatör içinde bulunan Thyratron lambaları aracılıyla şebekeye pulse lı akım sağlar Elektron tabancasından elde edilen elektronlar 50 kev luk enerji ile hızlandırıcı tüp içine gönderilir Hızlandırıcı tüpler genellikle Bakır dan yapılmıştır

13 Mikrodalga Kaviteleri ve Klaystron

14 Magnetron

15 Magnetron

16 Klaystron Kesiti

17 Lineer Hızlandırıcılar Klaystron ya da magnetrondan elde edilen 3000 MHz lik elektromagnetik dalgalar hızlandırıcı tüp içine gönderilir Elektronlar enerji kazanmak ve hızlandırılmak için emd üzerine bindirilir Emd ların hızı elektronlardan fazla olduğu için tüp içindeki dairesel diskler ile azaltılır

18 Lineer Hızlandırıcılar Disklerin boyutları ve aralarındaki uzaklık dalganın hızına göre belirlenir Elektronlar sinüsoidal elektrik alanıyla denizdeki bir sörfçünün dalgadan enerji kazanmasına benzer şekilde hızlanırlar Kazandıkları enerji 5 MeV/m dir Daha küçük boyutlu cihazlar yapmak için 90 veya 270 saptırıcı (bending) magnetler kullanılır

19 270 saptırıcı magnetler

20 Lineer Hızlandırıcıdaki yardımcı sistemler Sıcaklığı düzenlemek için bir soğutma sistemi Dalga klavuzunda vakum oluşturmak için bir iyon pompası sistemi Pnömatik sürücüler için bir basınç sistemi İletici dalga klavuzunun dielektrik dayanıklılığını artırmak için bir gaz sistemi

21 Hızlandırıcı Dalga Kılavuzları Hareketli dalga kılavuzu Duran dalga kılavuzu

22 Hareketli dalga kılavuzu Mikrodalga gücü elektron tabancasının bulunduğu uçtan verilir Hızlandırıcı tüpün sonunda kalan mikrodalga enerjisini soğuran dummy yük vardır Bu yük dalgaların geriye yansımasına engel olur

23 Hareketli dalga kılavuzu

24 Duran dalga kılavuzu Dalga kılavuzu sonunda mikrodalga gücü soğurulmaz, kılavuza doğru geri yansıtılır Mikrodalga güç direnci elektronların elektron tabancasından girdiği uçtadır

25 Duran dalga kılavuzu Bir tam mikrodalga periyodu için duran dalga elektrik alanları

26 Lineer Hızlandırıcı Tedavi Kafası

27 Lineer Hızlandırıcı Tedavi Kafası Monitör iyon odaları

28 Elektron Demetleri

29 Kolimatörler Primer standart kolimatör İkincil (Jaw) kolimatör Asimetrik kolimatör Multilif kolimatör (MLC)

30 Kolimatörler

31 MLC

32 Wedge

33 Betatron Magnetik alanın değişimiyle elektronlar dairesel bir yörüngede hızlandırılırlar Daire şeklindeki hızlandırıcı tüp alternatif akım ile çalışan bir elektromıknatısın kutupları arasına yerleştirilmiştir Elektron tabancasından sağlanan elektronlar havası boşaltılmış hızlandırıcı tüp içine enjekte edilirler

34 Betatron Elektronlar istenilen enerjiye ulaştıklarında bir hedefe çarptırılarak X-ışını demetleri veya saçıcı foile çarptırılarak geniş elektron demetleri elde edilir Betatronlar 1950 yıllarından sonra kullanılmaya başlanmış 1970 li yıllarda yerini lineer hızlandırıcılara bırakmışlardır

35 Betatron X-ışını doz verimleri düşük olması ve geniş alan tedavilerine uygun olmamaları nedeniyle yapımlarına son verilmiştir Elektron tedavisine daha uygun olup, elektron doz verimleri yüksektir

36 Mikrotron Lineer hızlandırıcı ile siklotron karışımı bir tedavi cihazıdır 1972 yılından sonra İsveç teki Scanditronix AB firması tarafından geliştirilmiş ve Umea Üniversitesinde kullanılmıştır

37 Mikrotron İlk olarak 6 ve 14 MV foton demetleri Daha sonra 6 ve 22 MV foton demetleri Ayrıca 3, 5, 7, 9, 11, 13, 16, 18, 20 ve 22 MeV elektron demetleri veren mikrotronlar imal edilmiştir

38 Mikrotron Elektronlar tek mikrodalga kavitesi içinde elektrik alanı aracılığıyla hızlandırılırlar Magnetik alan elektronlara dairesel bir yörünge sağlar, elektronların kavite içinden her geçişte enerjileri artar Mikrodalga güç kaynağı olarak magnetron veya klaystron vardır

39 Mikrotron Yapıları basit ve enerji seçimi kolaydır Tek bir mikrotron jeneratörü birkaç tedavi odasına elektron demeti sağlayabilir Böylelikle foton, elektron ve intraoperatif tedavi aynı anda yapılabilir

40 Siklotron İlk defa 1932 de Ernest Lawrence tarafından yapılmıştır Proton veya ağır yüklü parçacıklar ivmelendirilerek yüksek enerjilere ulaştırılırlar Siklotron merkezinde bir iyon kaynağı yeterince yüksek enerjide (örn.100 ev) elektronlarla bombardıman edilir

41 Siklotron Çarpışmalar sırasında birçok pozitif iyon meydana gelir Pozitif iyonlar iyon kaynağının duvarındaki bir küçük delikten siklotrona girerler ve ivmelendirilirler

42 Siklotron

43 Siklotron D.ler bir magnetik alana yerleştirilir (B=1,6 Weber/m 2 ), bu magnetik alan büyük elektromagnetlerle sağlanır İyonlar basıncı 10-6 mmhg civarına düşürülmüş boşlukta hareket ederler İyonun yörüngesi D.nin dış kenarına geldiğinde negatif yüklü bir saptırıcı levha onu yörüngesine çeker

44 Siklotron Kısa yarı ömürlü radyolüknidleri elde edilmesinde kullanılır I 123, C 11, N 13, O 15, O 19, F 18, Fe 52

45 Siklotronda elde edilen radyonüklidlerin yarı ömürleri C 11 : 20 dk N 13 : 10 dk O 15 : 2 dk Fe 52: 8 saat F 18 : 110 dk I 123 : 13 saat

46 Radyoterapide Lineer Hızlandırıcılarla Tedavi Teknikleri Konvansiyonel radyoterapi Konformal radyoterapi Stereotaktik radyoterapi Yoğunluk Ayarlı radyoterapi (IMRT) Tomoterapi

47 SRS

48 SRS GATA Radyasyon Onkolojisi AD Philips SL25

49 IMRT

50 IMRT

51 IMRT Segmental IMRT Static Step-and-Shoot Method uses a set of fixed beams. each field to be treated is subdivided into a set of smaller sub-segments, each with uniform intensity. sub-segment are delivered one at a time in sequence. radiation is not on when the leaves are moving to the next segment. Step N. Dogan / April 2004 Shoot Shoot Step Segment 1 Segment 2 Step Shoot Shoot Segment 3 Segment 4 Step

52 IMRT IMRT Delivery Leaf width Leaf motion direction Typical intensity distribution of a beam produced by IMRT optimization N. Dogan / April 2004

53 Tomoterapi NOMOS MIMiC Multileaf IntensityModulating Collimator N. Dogan / April 2004 Courtesy: NOMOS

54 Tomoterapi Sequential (Tomographic) IMRT Deliverable SC Optimized Deliverable SC Optimized Deliverable SC optimized Deliverable recalculated SC with optimized MC recalculated with MC Deliverable MC optimized Deliverable MC optimized Couch Indexing N. Dogan / April 2004 Courtesy: NOMOS

55 Teşekkür Ederim