Parçacık Hızlandırıcılarının Medikal Uygulamaları 2 Doç.Dr. Bahar DİRİCAN GATA Radyasyon Onkolojisi AD. 09.06.2005
Parçacık Hızlandırıcıları Van de Graff Jeneratörleri Lineer Hızlandırıcılar Betatron Mikrotron Siklotron
Van de Graff Jeneratörleri İlk defa 1931 yılında imal edilmiştir Yüklü parçacıkları elektrostatik olarak hızlandırmak için dizayn edilmişlerdir 2 MV enerjili X-ışını üretirler
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
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
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
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
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
Lineer Hızlandırıcılar
Lineer Hızlandırıcılar
Lineer Hızlandırıcılar
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
Mikrodalga Kaviteleri ve Klaystron
Magnetron
Magnetron
Klaystron Kesiti
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
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
270 saptırıcı magnetler
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
Hızlandırıcı Dalga Kılavuzları Hareketli dalga kılavuzu Duran dalga kılavuzu
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
Hareketli dalga kılavuzu
Duran dalga kılavuzu Dalga kılavuzu sonunda mikrodalga gücü soğurulmaz, kılavuza doğru geri yansıtılır Mikrodalga güç direnci elektronların elektron tabancasından girdiği uçtadır
Duran dalga kılavuzu Bir tam mikrodalga periyodu için duran dalga elektrik alanları
Lineer Hızlandırıcı Tedavi Kafası
Lineer Hızlandırıcı Tedavi Kafası Monitör iyon odaları
Elektron Demetleri
Kolimatörler Primer standart kolimatör İkincil (Jaw) kolimatör Asimetrik kolimatör Multilif kolimatör (MLC)
Kolimatörler
MLC
Wedge
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
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
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
Mikrotron Lineer hızlandırıcı ile siklotron karışımı bir tedavi cihazıdır 1972 yılından sonra İsveç teki Scanditronix AB firması tarafından geliştirilmiş ve Umea Üniversitesinde kullanılmıştır
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
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
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
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
Siklotron Çarpışmalar sırasında birçok pozitif iyon meydana gelir Pozitif iyonlar iyon kaynağının duvarındaki bir küçük delikten siklotrona girerler ve ivmelendirilirler
Siklotron
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
Siklotron Kısa yarı ömürlü radyolüknidleri elde edilmesinde kullanılır I 123, C 11, N 13, O 15, O 19, F 18, Fe 52
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
Radyoterapide Lineer Hızlandırıcılarla Tedavi Teknikleri Konvansiyonel radyoterapi Konformal radyoterapi Stereotaktik radyoterapi Yoğunluk Ayarlı radyoterapi (IMRT) Tomoterapi
SRS
SRS GATA Radyasyon Onkolojisi AD Philips SL25
IMRT
IMRT
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
IMRT IMRT Delivery Leaf width Leaf motion direction Typical intensity distribution of a beam produced by IMRT optimization N. Dogan / April 2004
Tomoterapi NOMOS MIMiC Multileaf IntensityModulating Collimator N. Dogan / April 2004 Courtesy: NOMOS
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
Teşekkür Ederim