BR112016003682B1 - Complexo acelerador para a aceleração de íons - Google Patents

Abstract

UTILIZAÇÃO DE ACELERADORES LINEARES DE ÍONS E COMPLEXO ACELERADOR DE ÍONS PARA ESTE PROPÓSITO. Trata-se a presente invenção de um sistema (12) para a aceleração de íons para o tratamento da Fibrilação Atrial (AF), malformações arteriovenosas (AVMS) e lesões epilépticas focais; o mencionado sistema (12) é composto de uma fonte pulsada de íons (1), de um pré-acelerador (3) e de um ou mais aceleradores lineares ou linacs (5, 6, 7) operando em frequências superiores a 1 GHz com uma taxa de repetição situada entre 1 Hz e 500 Hz; o feixe de partículas saindo do complexo (12) pode variar em intensidade (i), (atuando sobre a fonte de íons (1)), (ii) na profundidade da deposição (por meio do ajuste independente das fontes de energia de radiofrequência que alimentam as unidades de aceleração dos linacs), e (iii) transversalmente em relação à direção central do feixe (por meio da variação das correntes nas bobinas de dois imãs ortogonais de escaneamento colocados a montante do paciente; a possibilidade de ajustar a localização de cada deposição de energia no corpo do paciente, em alguns milissegundos e em três direções ortogonais, torna o sistema acelerador (12) perfeitamente adequado para a irradiação de um coração pulsante.

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção se refere à utilização de aceleradores lineares de íons (geralmente denominados "linacs") para o tratamento da fibrilação atrial (AF) e a um sistema acelerador de íons, ou complexo, de acordo com os preâmbulos das reivindicações 1 e 2, sendo que o tratamento da fibrilação atrial é realizada por meio do conhecido escaneamento por "pontos" e das denominadas técnicas de "multi-pintura". Este complexo acelerador é denominado de LINAF.

Fundamentos Tecnológicos e a Técnica Conhecida

[002] É bem conhecido que a hadronterapia consiste de uma terapia moderna de radiação de cânceres, que utiliza tanto feixes de prótons como partículas nucleares carregadas mais pesadas, com número de massa atômica maior do que 1.

[003] Há poucos anos atrás foi sugerida a utilização, com técnicas analógicas, dos mesmos feixes para a cura da Fibrilação Atrial, com as limitações e desvantagens descritas a seguir.

Fibrilação Atrial

[004] Em pessoas idosas a Fibrilação Atrial (AF) (do Inglês, Atrial Fibrillation (AF)) é o tipo mais comum de arritmia cardíaca, representando um alto fator de risco de ataque cardíaco. O risco de tempo de vida para o desenvolvimento da fibrilação atrial é de 25%. A prevalência aumenta de 0,1%, entre adultos com idade inferior a 55 anos, a 9,0% em pessoas com idade de 80 anos ou superior. A idade média das pessoas com fibrilação atrial é de 67 anos para homens e de 75 anos para mulheres e, - na média -, aproximadamente 1% do total da população sofre com a fibrilação atrial. Prevê-se que esta porcentagem aumentará em 2,5 vezes nos próximos 50 anos, refletindo a crescente proporção de indivíduos mais idosos.

[005] Nos Estados Unidos, aproximadamente 3 milhões de pessoas sofrem um episódio de AF a cada ano e aproximadamente 20% de todos os ataques cardíacos (75.000/ano) podem ser atribuídos à AF; o custo geral do tratamento da AF é de aproximadamente 7 bilhões de dólares por ano. Na Europa, o custo correspondente representa aproximadamente 1% das despesas anuais do setor de saúde. As opções disponíveis atualmente para o tratamento da AF consistem de: medicamentos para controlar a fibrilação atrial, medicamentos para reduzir o risco de um ataque cardíaco, cardioversão (tratamento por choque elétrico), ablação por cateter e a implantação de um marca-passo.

[006] A ablação por cateter interrompe os circuitos elétricos anormais no coração. Os cateteres são guiados, através das veias do paciente, para o interior do coração onde se registra a atividade elétrica. Quando a origem da anormalidade é encontrada, uma fonte de energia (tal como, por exemplo, ondas de rádio de alta frequência que geram calor) é transmitida através de um dos cateteres para a destruição do tecido afetado.

[007] Esta técnica é invasiva e rejeitada por muitos pacientes.

[008] De acordo com o inventor, a utilização recentemente proposta de feixes de hádrons carregados para a destruição das ligações elétricas perigosas no coração, poderia ser uma alternativa não invasiva valiosa. Além disso, a mesma técnica poderia ser aplicada sem anestesia e o paciente não sentiria nenhuma reação, como acontece durante uma sessão padronizada de radioterapia. Os documentos relevantes neste sentido são os seguintes: • Ch. Bert, R.Engenhart-Cabillic, e M. Durante, Particle therapy for non-cancer diseases, Med. Phys. 39 (2012) 1716. • A. Constantinescu, H.I. Lehmann, C. Graeff, D. Packer, M. Durante, e C. Bert, Influence of cardiac motion on pulmonary veins for the noninvasive treatment of atrial fibrillation with a scanned carbon ion beam, GSI Scientific Report 2012, p. 472.

[009] A utilização de feixes de hádrons para o tratamento da AF consiste, de acordo com o inventor, de uma nova técnica, baseada no desenvolvimento relevante da técnica baseada em feixes de raios X, apresentada, por exemplo, em: • A. Sharma, D. Wong, G. Weidlich, T. Fogarty, A. Jack, T. Sumanaweera, e P. Maguire, Non-invasive stereotactic radiosurgery (CyberHeart) for creation of ablation lesions in the atrium, Heart Rhythm 7 (2010) 802. • R. M. Sullivan e A. Mazur, Stereotactic robotic radiosurgery (CyberHeart): A cyber revolution in cardiac ablation? Heart Rhythm 7 (2010) 81 1.

[010] Também pode ser observado que os hádrons são definitivamente preferidos no lugar dos raios X, por que permitem uma localização significativamente mais precisa da dose fornecida em função do pico de Bragg, no qual - no final da faixa de partículas carregadas - a densidade máxima de energia é depositada no corpo do paciente; esta é a mesma propriedade que faz com que os prótons sejam melhores do que os raios X para o tratamento de cânceres sólidos que se encontram próximos de órgãos críticos.

[011] Nos estudos preliminares em andamento sobre esta nova técnica, a dose é administrada com exatidão submilimétrica através da "pintura" com o "ponto" de Bragg dos tecidos alvo relevantes do coração pulsante. Agindo desta maneira, é necessário variar rapidamente - antes do envio de cada ponto - suas duas posições transversais e também a sua profundidade no corpo, de tal maneira a compensar os movimentos resultantes (i) do ciclo de respiração e (ii) do batimento cardíaco do paciente.

[012] Consequentemente, qualquer tratamento futuro otimizado deverá incluir um sistema de realimentação tridimensional, para reduzir irradiações não desejadas nos tecidos saudáveis circundantes, limitando a dose ao alvo em questão e tratando o paciente em um curto período de tempo.

[013] Na opinião dos muitos peritos que estudam esta nova técnica, os íons de carbono devem ser preferidos no lugar dos prótons, porque eles apresentam três vezes menos espalhamento múltiplo e menor dispersão, fazendo com que o ponto cubra um volume que é aproximadamente dez vezes menor. No entanto, o acelerador necessário apresenta dimensões significativamente maiores porque - para a mesma penetração no corpo do paciente - a rigidez magnética dos íons de carbono é três vezes maior do que a rigidez magnética correspondente do feixe de prótons.

[014] Além disso, pode ser observado que no campo da terapia do câncer com feixes de hádrons são utilizados dois tipos de aceleradores: ciclotrons (isócronos ou sincrociclotrons; convencionais ou supercondutores) e sincrotrons. Diversas empresas oferecem centros completos para terapias por prótons e/ou íons de carbono, baseadas nos mencionados aceleradores. Estes são os aceleradores que os cientistas, que são os pioneiros na utilização de prótons e íons no tratamento da AF, utilizam e estão planejando usar.

[015] O Inventor já propôs aceleradores lineares (linacs) para a terapia do câncer tanto por prótons como por íons de luz: • Patente U.S. No. 6,888,326 B2 "Linac for Ion Beam Acceleration", U. Amaldi, M. Crescenti, R. Zennaro. • Patente U.S. 7,554,275 B2 "Proton Accelerator Complex for Radioisotopes and Therapy", U. Amaldi. • Patente Européia EP 2 106 678 B1 "Ion Accelerator System for Hadrontherapy", Inventores: U. Amaldi, S. Braccini, G. Magrin, P. Pearce, R. Zennaro. • Patente U.S. 8,405,056 B2 "Ion Accelerator System for Hadrontherapy", Inventores: U. Amaldi, S. Braccini, G. Magrin, P. Pearce, R. Zennaro.

[016] Linacs similares apresentam inúmeras vantagens na terapia do câncer. O Inventor agora surpreendentemente destacou que estes linacs oferecem vantagens também nos novos desenvolvimentos referentes ao tratamento da AF.

Descrição da Invenção

[017] O principal objetivo da presente invenção é o de propor uma aplicação de aceleradores lineares de íons (linacs) para o tratamento da Fibrilação Atrial, e um sistema relevante de aceleradores de íons com partículas carregadas que não apresenta as limitações e desvantagens das técnicas conhecidas; estes sistemas, ou complexos, são de utilização parcialmente conhecida e são de construção compacta e leve e também requerem uma reduzida superfície de instalação, fazendo com que a instalação em centros hospitalares seja facilitada. O linac para o tratamento da fibrilação atrial foi denominado "LINAF".

[018] Este objetivo é atingido em seus diferentes aspectos com a aplicação de aceleradores lineares de íons (ou linacs) para os tratamentos da Fibrilação Atrial, e o sistema acelerador de íons correspondente apresenta as características das reivindicações 1 e 2. Outros desenvolvimentos podem ser deduzidos a partir das reivindicações dependentes.

[019] Com a utilização de aceleradores lineares de íons para o tratamento da fibrilação atrial e dos dispositivos correspondentes para a sua realização de acordo com a presente invenção, diversas e importantes vantagens podem ser alcançadas, e as mencionadas vantagens são abordadas na descrição seguinte em conjunto com os diferentes aspectos da invenção.

[020] De acordo com a presente invenção, os sistemas propostos são baseados em linacs de hádrons que trabalham em altas frequências e elevados gradientes; os mesmos são formados de muitas "unidades aceleradoras" alimentadas separadamente. Os linacs deste tipo podem acelerar qualquer tipo de íon.

[021] No escopo da presente invenção, o inventor ainda ressaltou que os íons de hélio são particularmente interessantes porque eles necessitam, para que sejam acelerados, de um linac de dimensões muito mais reduzidas em relação aos íons de carbono, enquanto que produzem pontos que apresentam tamanhos transversais e longitudinais menores por um fator de dois em comparação com os pontos de um feixe de prótons, que depositam a mesma dose com a mesma profundidade no corpo do paciente.

[022] Para atender as necessidades acima descritas, de acordo com a presente invenção, os íons - particularmente os íons de hélio - são acelerados até atingir a energia necessária para os tratamentos da AF por meio de uma ou mais seções linac rodando em alta frequência, ou seja, em frequências superiores a 1 GHz. As energias cinéticas máximas típicas são aquelas correspondendo a uma faixa de íons de 180 mm em água: 160 MeV para prótons, 640 MeV (160 MeV/u) para íons de hélio e 3.600 MeV (300 MeV/u) para íons de carbono. As integrais correspondentes do campo elétrico em aceleração são de 160 MV, 320 MV e 600 MV.

[023] Os linacs de íons de alta frequência podem operar com grandes gradientes de aceleração (de até 40 - 50 MV/m) e, portanto, para a obtenção destas energias são necessárias estruturas de aceleração com comprimentos limitados. No entanto, estes números mostram imediatamente que um linac de íons de hélio para o tratamento da AF é aproximadamente duas vezes mais longo do que um linac de prótons, e um linac de íons de carbono é aproximadamente duas vezes mais longo do que um linac de íons de hélio.

[024] O injetor do linac de alta frequência (aqui denominado como "pré-acelerador") pode consistir tanto de um acelerador em linha, específico para íons de baixa velocidade, como de um acelerador circular (ciclotron, sincrociclotron, FFAG ou outro), ou então pode consistir de uma combinação de dois ou mais destes aceleradores conhecidos.

[025] O feixe de saída do linac para o tratamento da AF é pulsado e os impulsos apresentam uma duração de 3 - 5 microssegundos: os mencionados impulsos seguem um após o outro com uma taxa de repetição que varia - de acordo com as necessidades - entre 1 Hz e 500 Hz.

[026] No linac final, a energia (e, portanto, a profundidade da deposição) de cada ponto pode ser ajustada através do desligamento de um determinado número de unidades e através da variação da potência e da fase dos impulsos de energia de radiofrequência enviados para as últimas unidades ativas. Portanto, os linacs são os aceleradores ideais para um sistema de espalhamento da dose "ativa": a energia iônica e o número de íons de um pulso podem ser ajustados, eletronicamente e em poucos milissegundos, de pulso para pulso. A energia é ajustada por meio da atuação nos impulsos de potência e nas suas fases - enviados para as unidades de aceleração -, como foi mencionado anteriormente, enquanto que o número de íons é geralmente ajustado por meio da atuação nas lentes eletrostáticas da fonte de partículas, o que, como mencionado anteriormente, tem como resultado a produção de impulsos com uma duração de 3 - 5 microssegundos e com uma taxa de repetição entre 1 Hz e 500 Hz.

[027] Além disso, em função da elevada taxa de repetição, cada "voxel" (do Inglês, VOlumetric piXEL) do tecido alvo pode ser visitado pelo menos dez vezes no modo de tratamento, o que frequentemente é denominado de "multi-pintura".

[028] O tratamento otimizado da AF é obtido, de acordo com a presente invenção, através da combinação do processo de multi-pintura com um sistema de realimentação tridimensional.

[029] Deve ser ressaltado, que em um ciclotron o ajuste da energia é obtido pela movimentação mecânica de absorvedores adequados, o que provoca a ativação indesejada do material circundante e, geralmente, requer mais de 10 metros de ímãs para "limpar" o feixe a jusante dos absorvedores. Além disso, o ajuste dos mencionados absorvedores requer tipicamente um tempo de 100 milissegundos. O ajuste eletrônico tridimensional rápido da posição do ponto não é viável com um sincrotron convencional, uma vez que a energia é geralmente variada a cada ciclo de base de aceleração, isto é, tipicamente a cada um ou dois segundos.

[030] De modo geral, um linac de alta frequência é superior a todos os outros aceleradores, porque a energia do feixe pode ser variada de pulso para pulso (isto é, a cada poucos milissegundos), em conjunto com o número de partículas a serem aplicadas no tumor alvo (que é definido por meio da atuação na fonte de partículas de energia muito baixa).

[031] A estrutura de tempo e intensidade dos feixes pulsados com elevada taxa de repetição é particularmente adequada para o fornecimento da dose em tratamentos de AF, uma vez que melhora, com a "multi- pintura", a técnica de "escaneamento por pontos" em uso no PSI Centre, Paul Scherrer Institute, Villigen, Switzerland (E. Pedroni et al, The 200 MeV proton therapy project at the Paul Scherrer lnstitute: conceptual design and practical realisation, Medical Physics, 22(1), (1995) 37).

[032] Adicionalmente à estrutura otimizada de tempo e intensidade do feixe de íons, a utilização de linacs de íons de alto gradiente de acordo com a presente invenção também apresenta outras vantagens.

[033] Em primeiro lugar, o acelerador é mais leve, mais fácil de ser transportado e instalado em relação aos ciclotrons e sincrotrons existentes, sendo caracterizado por apresentar uma estrutura modular composta das mesmas unidades de alta tecnologia repetidas quase que sem variação para cada módulo de aceleração. Em segundo lugar, o sistema proposto é compacto e necessita de volumes e superfícies mínimas de instalação, facilitando consequentemente a instalação em centros hospitalares.

[034] Além disso, a alta frequência de trabalho do linac implica em um baixo consumo de energia, o que se reflete em custos operacionais reduzidos.

[035] Em resumo, em relação aos outros aceleradores de hádrons, que podem ser utilizados para os tratamentos da AF, a presente invenção permite a construção de um sistema compacto e de baixo consumo de energia, ou de uma instalação, que fornece a dose por meio de uma técnica tridimensional de escaneamento de ponto com multi-pintura e realimentação para compensar os movimentos do coração irradiado.

[036] De acordo com outro aspecto da presente invenção, este complexo de aceleradores também pode ser utilizado para o tratamento de malformações arteriovenosas (AVMs) e lesões epilépticas focais, que podem ser irradiadas com feixes de prótons (íons e outros), um assunto abordado em F.J.A.I. Vernimmen et al., Stereotactic proton beam therapy for intracranial arteriovenous malformations, Int J RadiatOncolBiolPhys 62 (2005) 44, e em M. Quigg et al., Radiosurgery for epilepsy: clinical experience and potential antiepileptic mechanisms. Epilepsia 53 (2012)7.

Breve Descrição do Desenho

[037] Vantagens adicionais, detalhes e características da utilização de aceleradores lineares de íons para o tratamento da Fibrilação Atrial e o correspondente sistema acelerador de íons de acordo com a presente invenção se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição de uma aplicação proposta e de uma modalidade de implementação de um sistema acelerador de íons adequado, ilustrado esquematicamente como exemplo no desenho anexo.

[038] Com referência em primeiro lugar à única figura, os componentes principais do complexo de aceleradores de hádrons para a aplicação da presente invenção consistem dos seguintes: - Uma fonte de íons, produzindo impulsos de íons de aproximadamente 5 microssegundos de duração com uma taxa de repetição no intervalo entre 1 Hz e 500 Hz; - Um canal magnético de Transporte de Feixe de Baixa Energia (LEBT) (do Inglês, LEBT- Low Energy Beam Transport); - Um pré-acelerador, que pode ser tanto um Quadrupolo de Radiofrequência (RFQ) ou um ciclotron ou sincrociclotron ou um tipo especial de linac com capacidade para acelerar hádrons muito lentos; - Um canal de Transporte de Feixe de Média Energia (MEBT); - Uma primeira seção do linac, operando em uma radiofrequência superior a 1 GHz; - Uma segunda seção do linac trabalhando em uma radiofrequência que pode ser um múltiplo da radiofrequência da primeira seção do linac; - Uma terceira seção do linac operando em uma frequência que pode ser um múltiplo da frequência da segunda seção do linac; - Um canal de Transporte de Feixe de Alta Energia (HEBT) que conduz o feixe acelerado para as salas de tratamento dos pacientes; - Um ímã de espalhamento, que na sua modalidade preferida de execução envia os impulsos do feixe, de energia e de intensidade variável, para as salas de tratamento; - Um sistema de linhas de transporte para o feixe na direção das salas de tratamento, cada uma das mesmas contendo dois ímãs de escaneamento (que definem as dimensões do campo irradiado movendo o feixe de íons verticalmente e horizontalmente) e o sistema de monitoramento; - Cadeiras robóticas nas quais os pacientes sentados recebem a dose prescrita pelo Sistema de Planejamento de Tratamento (TPS) no coração; - A instalação ou complexo de aceleradores de hádrons de acordo com a presente invenção; - Um complexo de subsistemas ou seções do linac (5; 6; 7); - Um sistema de linhas de transporte para os impulsos de íons aos pontos nos quais os pacientes serão irradiados.

[039] É importante salientar que os subsistemas ou seções 5, 6 e 7 da figura não se encontram necessariamente todos presentes ao mesmo tempo em cada modalidade de execução.

Descrição Detalhada da Invenção

[040] Mais precisamente, com referência à Figura 1 e de acordo com a presente invenção, o complexo de aceleradores de hádrons 12 compreende vários tipos de aceleradores conectados em série, ou seja, um pré- acelerador 3 e um número de seções linac 5, 6, 7; as suas frequências oscilatórias podem aumentar gradualmente de tal maneira a atingir um gradiente maior no último linac, com isto reduzindo o comprimento geral do sistema. Para simplificar o esquema geral, algumas das três seções linac 5, 6, 7 podem estar ausentes.

[041] O pré-acelerador 3 é alimentado pela fonte de íons 1. O seu feixe de saída pode ser contínuo ou, mais detalhadamente, modulado com uma taxa de repetição de 1 - 500 Hz com impulsos que apresentam alguns microssegundos de duração, de tal maneira que o número de íons enviado através do MEBT 4 para a primeira seção do linac seja mínimo e não produza radioatividade desnecessária nos elementos seguintes.

[042] Cada seção linac 5, 6, 7 consiste de 'unidades de aceleração', que tanto podem ser linacs de Ondas Progressivas como linacs de Ondas Estacionárias, e apresentam estruturas dos tipos Linac de Tubo de Desvio (DTL), Linac de Tubo de Desvio IH, Linac de Tubo de Desvio CH, Linac de cavidade acoplada utilizando Campos Elétricos Radiais Transversais (AGRUPAMENTO), Linac de Tubo de Desvio de Acoplamento Lateral (SCDTL), Linac Acoplado por Célula (CCL) ou outros de acordo com a velocidade dos hádrons acelerados.

[043] Estruturas aceleradoras deste tipo são bem conhecidas, e outras se encontram descritas nos documentos US No. 6,888,326 B2, US No. 7,423,278 B2 e US No. 7,554,275 B2 em nome do Requerente e são citadas e incorporadas no presente pedido a título de exemplo; refira-se aos documentos citados para mais detalhes.

[044] Pode ser observado que para atingir, com um gradiente médio igual a 30 MV/m, a voltagem total necessária para tratamentos de AV é de - prótons: aproximadamente 160 MV; íons de hélio: aproximadamente 320 MV; íons de carbono: aproximadamente 600 MV -, e os comprimentos totais dos linacs são de aproximadamente 5 m para prótons, 10 m para íons de hélio e 20 m para íons de carbono.

[045] De modo geral, a seção do linac que produz o maior gradiente de aceleração é a seção indicada com o número 7 na Figura 1. Como já descrito anteriormente, esta mencionada última seção é geralmente subdividida em unidades que são alimentadas independentemente, de tal maneira que a energia das partículas de saída possa ser ajustada de pulso a pulso.

[046] O feixe de íons acelerados é transportado para as salas de tratamento dos pacientes através do canal 8 HEBT. Em algumas modalidades de execução, este processo é obtido com o ímã de espalhamento 9, enquanto que em outras modalidades de execução o projeto padronizado de transporte do feixe - como utilizado em centros de terapia de câncer utilizando pórticos rotativos - será o escolhido.

[047] Os pacientes podem ser tratados tanto em uma cadeira robótica 11, tal como indicado na modalidade preferida de execução da Figura, como deitados em um sofá com movimentos controlados por computador.

[048] Na aplicação para o tratamento da Fibrilação Atrial de acordo com a presente invenção, o feixe de partículas saindo do complexo 12, 8 pode variar em (i) intensidade (atuando sobre a fonte de íons (1)), (ii) na profundidade da deposição (por meio do ajuste independente das fontes de energia de radiofrequência que alimentam as unidades de aceleração dos linacs), e (iii) transversalmente em relação à direção central do feixe (por meio da variação das correntes nas bobinas de dois imãs ortogonais de escaneamento colocados a montante de cada paciente).

[049] A possibilidade de ajustar a localização de cada deposição de energia no corpo do paciente, em alguns milissegundos e em três direções ortogonais, torna o sistema acelerador 12 perfeitamente adequado para a irradiação de um coração pulsante.

[050] Como exemplo, um possível esquema do mencionado complexo 12, resumido na Tabela 1 seguinte, é composto de: (A) uma fonte de hélio controlada por computador 1 - que tanto pode ser do tipo Ressonância Ciclotrônica de Elétrons (ECR) (do Inglês, Electron Cyclotron Resonance (ECR), (adequadamente modificada para produzir um feixe pulsado com taxas de repetição no intervalo de 1 - 500 Hz), como do tipo Fonte de Íons de Feixe de Elétrons (EBIS) (do Inglês, Electron Beam Ion Source (EBIS), ou outra; (B) Um ciclotron ou sincrociclotron 3 de 60 MeV/u, com bobinas que se encontram ou em temperatura ambiente ou que são supercondutoras; (C) Um Linac de Célula Acoplada do tipo LIBO 7 funcionando em frequência de 3 GHz e consistindo de 10 unidades alimentadas separadamente.

[051] As empresas Thales da França e CPI dos EUA, entre outras empresas, produzem as Klystrons de 3 GHz necessárias para formar a implementação mencionada.

[052] Na forma da modalidade preferida de execução do linac da Tabela 1, o pré-acelerador consiste de um supercondutor. A configuração do campo magnético e as suas dimensões são semelhantes aos do ciclotron supercondutor comercializado pela empresa Varian Medical Systems, Inc. (Palo Alto, EUA) para a terapia do câncer por meio de feixe de prótons. O ímã, requerendo apenas aproximadamente 40 kW para os criogênicos, apresenta um diâmetro de 3,2 m e uma altura de 1,6 m. O consumo total é inferior a 200 kW. A fonte 1 injeta os impulsos de íons de hélio axialmente. Tabela 1

[053] Exemplo de um linac de 3 GHz para a aceleração de 4He2+íons.

[054] A partir da descrição estrutural e funcional das diferentes modalidades de implementação das plantas de aceleração de íons ou dos complexos para a aplicação do tratamento para a fibrilação atrial de acordo com a presente invenção, pode ser concluído que a invenção proposta realiza eficientemente os objetivos declarados e atinge as vantagens mencionadas.

[055] Os especialistas no assunto podem introduzir modificações e variações nos componentes individuais e na combinação, tanto na estrutura e/ou como nas suas dimensões, dos sistemas propostos para o uso de acordo com a invenção, adaptando-os a casos específicos sem, no entanto, se afastar do escopo da presente invenção como descrito nas reivindicações seguintes.

Literatura

[056] Lista de algumas publicações no campo de linacs de alta frequência para a terapia por hádrons: • R. W. Hamm, K. R. Crandall, e J. M. Potter, Preliminary design of a dedicated proton therapy linac, in Proc. PAC90, Volume 4 (São Francisco, 1991) 2583. • U. Amaldi, M. Grandolfo e L. Picardi(Eds), The RITA Network and the Design of Compact Proton Accelerators, INFN, Frascati, 1996, ISBN 88-86409-08-7. The "Green Book", Capítulo 9. • L. Picardi, C. Ronsivalle e B. Spataro, Design development of the SCDTL structure for the TOP Linac, Nuclear Instruments and Methods A, 425 (1999) 8. • U. Amaldi et al., A Linac-booster for Protontherapy: Construction and Tests of a Prototype, Nuclear Instruments and Methods A 521 (2004) 512. • U. Amaldi, S. Braccini, e P. Puggioni, High frequency linacs for hadrontherapy, Rev. Acc. Sci. Tech. 2 (2009) 111. • U. Amaldi et al., Accelerators for hadrontherapy: from Lawrence cyclotrons to linacs, Nuclear Instruments and Methods A620 (2010) 563. • C. De Martinis et al., Acceleration tests of a 3 GHz proton linear accelerator (LIBO) for hadrontherapy, Nuclear Instruments and Methods A 681 (2012) 10.

Claims (10)

1. COMPLEXO ACELERADOR (12) PARA A ACELERAÇÃO DE PARTÍCULAS NUCLEARES com número de carga entre 1 e 10 para o tratamento da Fibrilação Atrial (AF) com técnicas de "escaneamento de ponto" e de "multi-pintura” caracterizado pelo fato de compreender uma fonte de íons (1), um pré-acelerador (3), e uma parte de alta energia (13), sendo que a parte de alta energia (13) compreende pelo menos um linac (5; 6; 7), cada linac compreendendo uma pluralidade de unidades de aceleração e fontes de radiofrequência, a parte de alta energia (13) sendo configurada para: i. operar em uma frequência superior a 1 GHz, com uma taxa de repetição entre 1 Hz e 500 Hz, e ii. ajustar a energia das partículas aceleradas por meio da variação das fontes de radiofrequência da unidade de aceleração ativa final de pelo menos um linac (5; 6; 7;), em que o ajuste é realizado desligando um número de unidades, e variando a potência e a fase dos pulsos de potência de radiofrequência enviados às unidades ativas finais de pelo menos uma seção do linac (5; 6; 7;), as referidas partículas aceleradas dos feixes pulsados formam um ponto que administra a dose do feixe pulsado a uma área alvo, um sistema de realimentação em três dimensões configurado para variar, antes de enviar cada ponto, duas posições transversais e uma profundidade, para compensar os movimentos de uma área alvo de forma que a dose do feixe pulsado administrada por cada ponto é limitada a uma área alvo a fim de reduzir a irradiação indesejada em áreas não-alvo, e um canal de transporte do feixe de alta energia (HEBT) com um sistema de imãs associado que transporta o feixe pulsado formando cada ponto da parte de alta energia para uma sala de tratamento, sendo que a configuração das unidades e a configuração do sistema de realimentação em três dimensões é tal que a variação na profundidade atingida pelo sistema de realimentação em três dimensões corresponde à variação de energia dos íons acelerados.

2. COMPLEXO ACELERADOR (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que parte de alta energia (13) compreender duas ou três seções linac, e algumas seções linac (5, 6, 7) operarem em diferentes frequências.

3. COMPLEXO ACELERADOR (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender mais de um pré- acelerador (3) para conferir energia para as partículas produzidas pela fonte de íons (1) antes da injeção no feixe de íons no(s) linac(s) seguinte(s) (5; 6; 7).

4. COMPLEXO ACELERADOR (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o pré-acelerador (3) consistir de um Linac de temperatura ambiente, de um supercondutor, ou de um Quadrupolo de Radiofrequência (RFQ).

5. COMPLEXO ACELERADOR (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o pré-acelerador (3) consistir de um ciclotron/sincrociclotron de temperatura ambiente, ou de um acelerador FFAG.

6. COMPLEXO ACELERADOR (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a fonte de íons (1) ser controlada por computador, de tal maneira a ajustar a dose administrada em cada ponto único.

7. COMPLEXO ACELERADOR (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender um layout associado controlado por computador (14) para transporte do feixe pulsado para os quartos, cadeiras robóticas, camas, ou semelhantes (11a, 11b, 11c), o layout associado inclui um ímã de "espalhamento" (9) com um feixe intermediário de linhas de transporte (10a, 10b, 10c) associado, cada uma das linhas tendo dois ímãs configurados para o escaneamento transversal e o sistema de monitoramento.

8. COMPLEXO ACELERADOR (12) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o linac (5; 6; 7) consistir de um linac de 3 GHz para acelerar íons 4He2+ configurado para operar com os seguintes parâmetros: Frequência de 2998 MHz; Q (carga do íon) igual a 2; A (número de massa do íon) igual a 4; Energia de entrada de 60 MeV/u; Energia total de entrada de 240 MeV; Energia máxima de saída de 160 MeV/u; Energia máxima total de saída de 640 MeV; Número de células aceleradoras por estrutura de aceleração (tanque) de 18 a 16; Diâmetro da íris igual a 7 mm; Número de unidades igual a 10; Comprimentos das unidades de 0,75 a 1,05 m; Comprimento total do Linac igual a 9,5 m; Fator médio de tempo de trânsito T igual a 0,85; Impedância Efetiva de Derivação ZT2 de 53 a 77 MO/m; Campo elétrico médio no eixo E0 de 33 MV/m; Campo elétrico máximo de superfície de 140 MV/m; Aceitação transversal normalizada a 2 rms igual a 2,4 p mm mrad; Potência de pico por unidade de 10 MW; Duração do pulso de RF de 4 µs; Taxa de repetição de 120 Hz; Fração de tempo com feixe ('ciclo de trabalho') de 0,048 %; e Potência media para alimentar as 10 Klystrons de 150 kW.

9. COMPLEXO ACELERADOR (12) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de a parte de alta energia (13) ser configurada para ajustar a potência e a fase dos pulsos de potência de radiofrequência enviados à unidade ativa final.

10. COMPLEXO ACELERADOR (12) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de as partículas aceleradas serem íons com número de carga igual a 2.