BR112016011303B1 - dispositivo de irradiação com radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiobiologia - Google Patents

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Abstract

a presente invenção se refere a um dispositivo de irradiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiobiologia, caracterizado pelo fato de compreender simultaneamente: - pelo menos um meio de emissão de radiação ionizante (mer), pelo menos um meio de controle de dose (mcd), - pelo menos um meio de detecção de dose de radiação ionizante (mdd), - pelo menos um sistema de controle e de comando (scc). os meios (mer, mdd, mcd) e esse sistema (scc) são, além disso, interconectados entre si, de forma inteligente, para cooperarem e formarem um circuito de controle e regulagem inteligente, de forma a liberar, de maneira controlada e precisa, e de maneira desejada, fortes doses de radiação ionizante de pelo menos 0,01 gy com uma precisão de pelo menos 1 µgy, de preferência, 1 ngy, com fortes fluxos de dose igual até 1000 gy/s, com energias em uma faixa compreendida entre 1 mev [1,6x10-13] e 50 mev [8x10-12]em instantes muito breves de pelo menos 0,1 µs, de preferência, 1 ms.

Description

“DISPOSITIVO DE IRRADIAÇÃO COM RADIAÇÃO IONIZANTE, NOTADAMENTE PARA A RADIOTERAPIA E/OU A RADIOBIOLOGIA.
[0001] A presente invenção se refere a um dispositivo de irradiação com radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiologia capaz de liberar, de maneira controlada e precisa, de forma programada, fortes doses de radiação ionizante de pelo menos 0,25 Gy, de preferência, 10 Gy, com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, 1 nGy, em uma faixa de energia compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules]e 50 MeV [8x10-12 Joules], em instantes muito breves, isto é, por exemplo, de pelo menos 0,1 ps, de preferência, 100 ps, até mesmo 1 ms ou ainda 100 ms.
[0002] Ela se refere, também, a um dispositivo de irradiação com radiação ionizante, dotado de um sistema de controle de impulso de potência capaz de produzir um feixe de partículas de energia ajustável em uma faixa compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules]e 50 MeV [8x10-12 Joules], pulsado a uma frequência (f) desejada com uma duração de impulso (d) ajustável de pelo menos 1 ns, de preferência, 0,1 ps, e capaz de liberar um fluxo de dose absorvido até 250 Gy/s até mesmo até 500 Gy/s ou mesmo ainda até 1000 Gy/s.
[0003] Ela se refere, mais particularmente, a um dispositivo de irradiação com radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiobiologia, no qual os diferentes meios e sistemas que os constituem são interconectados entre si, de forma inteligente para cooperar e formar um circuito de controle e regulagem, notadamente da potência, de forma a liberar, de maneira controlada e
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2/34 precisa, fortes doses de radiação ionizante de pelo menos 0,25 Gy com um precisão pelo menos 1 μGy, de preferência, 1 nGy, a energias em uma faixa compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules]e 50 MeV [8x10-12 Joules], durante instantes muito breves, isto é, por exemplo, de pelo menos 0,1 ps, de preferência, 100 ps, até 1 ms, ou ainda 100 ms.
[0004] Ela se refere, eventualmente, a um dispositivo de irradiação com radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiobiologia, compreendendo um detector rápido, também qualificado “ultrarápido”, capaz de detectar uma dose em tempos muito curtos, por exemplo, pelo menos 0,01 ns, acoplada a uma eletrônica de controle capaz de controlar uma dose liberada, durante uma fração de segundo, por exemplo durante pelo menos 0,1 ps, de preferência, 1 ps ou 1 ms, e, de preferência, durante menos até menos de 200 ms.
[0005] A radioterapia é um método de tratamento locoregional dos cânceres. Ela é, com a cirurgia, o tratamento mais frequente dos cânceres e pode acarretar uma remissão nítida a ela só. Ela pode ser utilizada sozinha ou associada à cirurgia e à quimioterapia. Suas indicações são ligadas ao tipo de tumor, à sua localização, ao seu estágio e ao estado geral do alvo. Ela apresenta, em certos casos, a vantagem de ser realizada em ambulatório pelo fato de as seções poderem ser de curtas durações e os efeitos secundários menores que aqueles de uma quimioterapia. Para isto, a radioterapia utiliza radiações para destruir as células cancerígenas, afetando sua capacidade de reprodução. A irradiação tem por
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3/34 finalidade destruir todas as células tumorais, poupando os tecidos sadios periféricos.
[0006] De forma geral, um dispositivo de irradiação com radiação ionizante para a radioterapia e/ou a radiobiologia compreende um acelerador linear de feixe de elétrons ou de íons e uma eletrônica de controle e de comando que permite parar globalmente a emissão de radiação ionizante, quando a dose prescrita pelo operador é atingida.
[0007] As máquinas de radioterapia convencionais permitem liberar até hoje, a radiação ionizante sob a forma de elétrons e de raios X com energias de 3 a 25 MeV [4,8x10-13 Joules a 4x10-12 Joules], a doses da ordem de 1 Gy, com um fluxo de dose da ordem de 4 Gy por minuto e com uma precisão medíocre.
[0008] Soluções foram propostas para se obter uma precisão das doses de radiação liberadas da ordem de 1 %. Com efeito, os tempos de irradiação, as doses liberadas e as colimações são, daqui para o futuro, programadas por um operador físico médico em cooperação com um radioterapeuta com o auxilio de ferramentas informáticas. Infelizmente, essa precisão não pode ser atingida com os dispositivos convencionais de detecção e de controle da dose e/ou do fluxo de dose liberada e/ou absorvida. Com efeito, os problemas maiores desses dispositivos se caracterizam pelo fato de não serem capazes de liberar, de maneira controlada e precisa, de forma programada e inteligente, fortes doses de radiação ionizante até 250 Gy/s, até mesmo até 500 Gy/s ou mesmo ainda 1000 Gy/s, com energias em uma faixa compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules], em instantes
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muito breves, isto é, por exemplo, de pelo menos 0,1 ps, de
preferência, 100 ps !, até mesmo 1 ms ou ainda 100 ms.
[0009] Um outro problema técnico maior desses
dispositivos é que os diferentes elementos que compõem esses
dispositivos não são suficientemente rápidos e/ou
interconectados entre si, de forma inteligente para cooperarem juntos e formarem um circuito suficientemente rápido de regulagem e de controle da dose e/ou de fluxo de dose suficientemente elevados para liberarem uma dose de radiação ionizante com precisão em instantes muito breves.
[0010] Particularmente, um outro problema técnico maior desses dispositivos é que o detector utilizado não é rápido, o que torna impossível a detecção da dose em escalas de tempos muito curtos, por exemplo, da ordem do nanosegundo.
[0011] Particularmente, um outro problema técnico maior desses dispositivos é que o detector utilizado se satura a partir de um certo fluxo de dose, geralmente desde 10 Gy/s ao máximo, o que torna impossível a detecção de fluxos de dose muito elevados, por exemplo, da ordem de 250 Gy/s, até mesmo 500 Gy/s ou mesmo 1000 Gy/s.
[0012] Um outro problema técnico que se apresenta é que os meios de controle de dose e os meios de controle e de comando não são eficazes para executarem, de forma desejada e de maneira muito precisa, a liberação de uma dose prescrita em um tempo muito breve.
[0013] Para se obter uma boa precisão da dose liberada no decorrer de uma irradiação de uma duração de alguns mili-segundos ou da ordem do segundo, basta que as
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5/34 durações que separam o início da detecção pela eletrônica de controle e de comando do início da emissão pelo acelerador, por um lado, e o momento da detecção pela eletrônica de controle e de comando da ultrapassagem da dose prescrita da parada da emissão pelo acelerador, por outro lado, sejam inferiores a um milissegundo, de preferência, inferior a alguns micro-segundos.
[0014] Os problemas técnicos evocados anteriormente levam a uma incapacidade de liberar ou de medir e/ou de controlar precisamente fortes doses de radiação ionizante em durações muito breves. Os impactos de um mau controle de dose e/ou do fluxo de dose absorvida pelo alvo podem levar à destruição pura e simples das células, tecidos ou órgãos sadios e os efeitos secundários que daí decorrem podem ter, em certos casos, consequências nefastas sobre os órgãos com riscos.
[0015] Do estado da técnica são conhecidos dispositivos de irradiação com radiação ionizante capazes de liberar fluxos de dose tão elevados quanto 10 kGy/s, mas em elétrons somente e com energias inferiores ou iguais a 10 MeV [1,6x10-12 Joules].
[0016] São também conhecidos, do estado da técnica, aceleradores, que compreendem sistemas de controle para inibir uma irradiação em menos de 100 ps, mas seu sistema de detecção com câmara de ionização não é suficientemente rápido para detectar o fluxo de dose, integrá-lo, compará-lo e parar a irradiação em menos de 100 ms.
[0017] Atualmente, parece imperativo conceber uma arquitetura de um dispositivo de irradiação com radiação
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6/34 ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiobiologia, permitindo liberar, de maneira controlada e precisa, fortes doses de radiação ionizante de pelo menos 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, 1 nGy, em instantes muito breves, isto é, de pelo menos, 0,1 ps, notadamente 100 ps, até mesmo 1 ms, até mesmo 100 ms, em faixas de energias compreendidas entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules].
[0018] Da publicação WO 2007 017177, é conhecido um dispositivo de radioterapia, compreendendo uma fonte pulsada de elétrons, capaz de fornecer uma exposição total durante pelo menos um minuto à frequência de repetição de 1 Hz e fornecer doses únicas de 10 Gy em aproximadamente 30 ns.
[0019] Da publicação US 2010 329413, é conhecido um dispositivo de radioterapia, compreendendo um sistema e um processo capaz de liberar raios X com um fluxo de dose que pode atingir aproximadamente 10 Gy/s (gray por segundo) até mesmo sensivelmente mais.
[0020] Da publicação US 6445766, é também conhecido um dispositivo de radioterapia, compreendendo meios para produzir uma radiação ionizante.
[0021] Das publicações US 7 567647 e US 2008 144772, é conhecido um dispositivo de radioterapia, compreendendo um meio de emissão de radiação ionizante, um alvo, um detector de dose, um meio de controle da dose.
[0022] Todavia, nenhum dos documentos citados divulga um circuito de regulagem e de controle específico ligando inteligentemente os diferentes elementos que compõem o dispositivo de emissão de radiação ionizante para liberar,
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7/34 de forma eficaz, uma dose de pelo menos 1 Gy, notadamente de pelo menos 10 Gy em faixas de energia compreendidas entre 1 MeV e 25 MeV [1,6x10-13 Joules e 4x10-12 Joules], e, de preferência, até 50 MeV [8x10-12 Joules], em instantes muito breves, isto é, de pelo menos 0,1 ps, de preferência, 100 ps, ou 1 ms, até mesmo 100 ms.
[0023] Também, nenhum dos documentos citados divulga um detector capaz de detectar uma dose em tempos muito curtos, de preferência, de pelo menos 0,01 ns, isto é, um detector ultra-rápido.
[0024] Além disso, nenhum dos documentos citados satisfaz todas as especificações para liberar um fluxo de dose de radiação ionizante até 250 Gy/s, até mesmo até 500 Gy/s ou mesmo ainda até 1000 Gy/s, em uma faixa de energia compreendida entre 1 MeV e 25 MeV [1,6x10-13 Joules e 4x10-12 Joules], até mesmo 50 MeV [8x10-12 Joules], de maneira
controlada por durações de tempos inferiores a 1 s,
notadamente 1 ms .
[0025] A finalidade da presente invenção é de
fornecer um dispositivo de irradiação com radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou radiobiologia prevenindo os problemas anteriormente evocados e melhorando os dispositivos de irradiação com radiação ionizante conhecidos do estado da técnica.
[0026] Na descrição que se segue, os termos listados a seguir terão a seguinte definição:
i. - dose absorvida: a dose absorvida ou, mais concisamente, dose de radiação ionizante ou a dose, é a energia depositada por uma unidade de massa de matéria
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8/34 submetida à radiação ionizante. A dose absorvida mede a densidade mássica de energia depositada por irradiação. A unidade de dose no sistema internacional é o gray (Gy) ; é uma unidade derivada que vale um joule por quilograma: 1 Gy = 1 J/kg. Considerando-se um feixe de radiação ionizante que irradia um elemento de volume dV, de densidade p e de massa dm = pdV. Seja dE a energia depositada nesse elemento pelo feixe, a dose absorvida D é definida por:
[0027] D = dE/dm = 1 dE / p dV
i. - fluxo de dose absorvida: dose absorvida pela matéria submetida a uma radiação ionizante por unidade de tempo. Ele se mede em Gy/s (grays por segundo) no sistema de unidades internacional.
ii. - Eletronvolt: de símbolo eV, é uma unidade de medida de energia. Seu valor é definido como sendo a energia adquirida por um elétron acelerado por uma diferença de
potencial de um volt: 1 eV = e.(1 V), no qual e é o valor
absoluto da carga do elétron;
iii. - mega-elétron-volt: de símbolo MeV, 1 MeV = 106
eV = 1, 6022.10 13 Joules;
iv. - nano-segundo: unidade de medida de tempo do
sistema internacional, valendo 10-9 segundos e cujo símbolo
é ns.
v. - microssegundo: unidade de medida de tempo do
sistema internacional, valendo 10-6 segundo, e cujo símbolo
é ps;
vi. - milissegundo: unidade de medida de tempo do
sistema internacional, valendo 10-3 segundos, e cujo símbolo
é ms;
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9/34 vii. - segundo: unidade de medida de tempo do sistema internacional, cujo símbolo é s;
viii. - detecção muito precisa: medida de grandeza, cuja incerteza relativa do resultado é muito pequena, de no máximo 0,01%;
ix. - radiação ionizante: radiação capaz de depositar bastante energia na matéria que ele atravessa para criar uma ionização, isto é, ionizar átomos e/ou moléculas que constituem essa matéria;
x. - forte dose: dose de radiação ionizante que, segundo o tipo de radiação ionizante, produz efeitos deterministas sobre um organismo vivo ou que é superior a que um alvo pode receber no decorrer de sua vida pelas radiações ionizantes naturais e aqueles devido à atividade humana. Independentemente do tipo de radiação ionizante, uma forte dose é caracterizada por uma dose absorvida superior a 0,01 Gy.
xi. - interconexão inteligente: é uma interconexão que utiliza tecnologias informáticas, de maneira a otimizar a transferência e a distribuição de informações, e que tem por objetivo otimizar o conjunto das malhas de uma rede de eletricidade, a fim de melhorar a eficácia de transferência e a resposta a uma solicitação determinada;
xii. - um valor desejado: de maneira geral, é um valor escolhido, definido e programado por um operador via a interface homem-máquina;
xiii. - controle inteligente: é um controle que utiliza tecnologias informáticas, de maneira a otimizar o valor de uma grandeza a controlar, a transferência e a distribuição
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10/34 de informações, e que tem por objetivo otimizar o controle do conjunto das malhas de uma rede de eletricidade, a fim de melhorar a eficácia de transferência e a resposta a uma solicitação determinada.
[0028] A invenção tem por objeto um dispositivo de radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiobiologia, compreendendo pelo menos:
i. - um meio de emissão de radiação ionizante (MER), compreendendo:
ii. pelo menos uma fonte de partículas que compreende pelo menos:
1. um catodo e um anodo, ou um plasma;
2. «um meio de acionamento de emissão de partículas, notadamente uma grade ou um eletrodo ou um laser e
3. um meio de aceleração de um feixe de partículas;
4. esse meio de emissão de radiação ionizante (MER) sendo também dotado de um sistema de controle de impulso de potência que é configurado para produzir um feixe de partículas, isto é, uma radiação ionizante, de energia, ajustável e desejada, em uma faixa compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules], pulsado a uma frequência (f) desejada, tipicamente compreendida entre 5 Hz e 1000 Hz até mesmo entre 5 Hz e 500 Hz, até mesmo entre 5 Hz e 200 Hz, e, de preferência, aproximadamente 100 Hz, com uma duração de impulso (d), ajustável, de pelo menos 1 ns, e, de preferência, compreendida entre 0,05 ps e 12 ps, e, de preferência, de 0,1 ps, e para liberar um fluxo de dose absorvido de pelo menos aproximadamente 0,01 Gy/s, por exemplo, compreendido entre aproximadamente 0,01 Gy/s e
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11/34 aproximadamente 250 Gy/s, até mesmo 500 Gy/s ou mesmo ainda 1000 Gy/s;
iii. - um meio de detecção de dose de radiação ionizante (MDD) compreendendo um detector; o detector sendo um detector ultra-rápido, acoplado a um meio de controle de dose (MCD), configurado para detectar, de forma muito precisa, uma dose de radiação ionizante em tempos muito curtos, isto é, em pelo menos 0,01 ns e com fluxos de dose muito elevados, isto é, permitindo liberar pelo menos 0,01 Gy/s, por exemplo, 25 Gy/s, até mesmo 50 Gy/s, até mesmo, de preferência, 250 Gy/s, até mesmo ainda 500 Gy/s ou mesmo ainda 1000 Gy/s;
iv. - meio de controle de dose (MCD), configurado para controlar um acionamento e uma parada do meio de emissão de radiação ionizante (MER), compreendendo:
1. uma eletrônica de controle (EC), configurada para controlar uma dose liberada durante uma fração de segundo, isto é, durante pelo menos 0,1 ps, até mesmo 100 ps, até mesmo 1 ms, até mesmo ainda 100 ms;
2. um amplificador e/ou um atenuador que amplifica e/ou atenua um sinal emitido pelo detector;
3. um integrador que integra durante a duração da emissão esse sinal amplificado e/ou atenuado; e
4. um comparador que compara continuamente esse sinal integrado as convenções da dose prescrita (CDA) prédeterminada por um operador;
v. - um sistema de controle e de comando (SCC), comportando:
vi. o um sistema de controle funcional (SCF) dos diferentes elementos desse dispositivo, compreendendo:
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12/34 vii. uma interface homem-máquina (IHM);
viii. ferramentas de visualização; e ix. e meios de utilização configurados para que um operador programe, de forma controlada e desejada e de forma muito precisa, em uma única vez, a natureza da radiação, o fluxo de dose absorvido de radiação ionizante, uma duração e um regime impulsional da emissão da radiação ionizante.
[0029] Esses meios (MER, MDD, MCD) e esse sistema (SCC), constituindo pelo menos em parte esse dispositivo e sendo, além disso, interconectados entre si, de forma inteligente, para cooperar e formar um circuito de controle e de regulagem inteligente, notadamente da potência, são configurados para liberar e controlar doses de radiação ionizante de pelo menos 0,01 Gy até mesmo 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, 1 nGy, com energias compreendidas entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules], durante instantes muito breves, isto é, de pelo menos 0,1 ps, até mesmo 100 ps, de preferência, 1 ms, até mesmo 100 ms, ou por exemplo, compreendido entre 0,1 ps e 100 ms, de preferência, 100 ps ou 1 ms.
[0030] De acordo com outras características da invenção, o meio de emissão de radiação ionizante (MER) é um acelerador de partículas que compreende uma fonte de potência e uma eletrônica de controle, isto é, um sistema de controle de impulso, essa eletrônica de controle (ou sistema de controle de impulso) é diretamente ligada por meio de controle de dose (MCD) , de forma a parar automaticamente a fonte de potência, quando a dose absorvida, detectada e medida atingiu um valor prescrito e pré-determinado pelo
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13/34 operador via a interface em homem-máquina (IHM), essa interface homem-máquina (IHM) compreende, além disso, um posto de comando (PC) e um programa de gestão de interface de visualização.
[0031] De acordo com outras características da invenção, o meio de aceleração é seja com onda hiperfrequência, seja com indução, seja eletrostático.
[0032] Vantajosamente, o meio de emissão de radiação (MER) compreende, além disso, vários meios de acelerações montados em série e/ou intercalados de meios de desvio ou de recirculação do feixe de partículas através do ou dos meios de aceleração, cada um sendo alimentado por pelo menos uma fonte de potência.
[0033] Vantajosamente, o detector é um semicondutor, notadamente, o diamante, por exemplo, sob a forma monocristalina ou policristalina, puro ou dopado, ou carboneto de silício, compreendido entre dois eletrodos de polarização nos bornes dos quais é aplicada uma tensão de alguns volts regulável segundo a espessura do detector via a interface homem-máquina, e configurado para se obter um
tempo de resposta muito curto, por exemplo, de pelo menos
0,01 ns, com fortes fluxos de dose, isto é, de pelo menos
0,01 Gy/s.
[0034] Tradicionalmente , os detectores com
semicondutor eram utilizados para faixas de energi a bem
menores do que no âmbito da presente invenção, tipicamente sob 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e são conhecidos por ter como inconvenientes a apresentação de uma sensibilidade variável, tornando-os particularmente mau adaptados ao domínio médico.
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14/34 [0035] Contudo, no âmbito da presente invenção, o detector é atravessado pelo feixe e é configurado para permitir um controle da dose liberada no paciente durante o tratamento. Ele detecta, portanto, a integralidade do fluxo de radiação ionizante em tempo real. Podia-se, portanto, se esperar que os detectores conhecidos fornecessem informações difíceis de interpretar, por um lado, e sobretudo saturassem na faixa de doses consideradas, mas apareceu, de maneira surpreendente, que, contrariamente ao preconceito do técnico, detectores desse tipo permitiam, sendo atravessados pela integralidade do fluxo de radiação ionizante destinado a ser aplicado a um paciente, dar um valor significativo desse fluxo, de maneira, ao mesmo tempo, precisa e rápida.
[0036] Um detector em diamante promissor no âmbito da presente invenção é, por exemplo, desenvolvido pelo laboratório LCD (Laboratório Captador Diamante) do CEA de Saclay.
[0037] Para um detector em carboneto de silício, um daqueles estudados e desenvolvidos pelo laboratório, IM2NP (Institut Matériaux Microéletronique Nanosciences De Provence, UMR CNRS 7334), que é especializado no carboneto de silício, oferece primeiros resultados interessantes.
[0038] Vantajosamente, a eletrônica de controle (EC) do meio de controle de dose (MCD) compreende meios de medida de corrente elétrica, notadamente de um sinal elétrico, produzido pela interação de radiação com o detector, meios de conversão dessa corrente elétrica em unidade de fluxo de dose absorvida e meios de integração dessa corrente elétrica
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15/34 configurados para medir com precisão a dose absorvida acumulada no decorrer da emissão da radiação ionizante.
[0039] Vantajosamente, um sinal elétrico é produzido pelo detector, esse sinal elétrico é medido e integrado pelo electrômetro no decorrer da emissão da radiação, o valor integrado desse sinal elétrico é diretamente comparado ao valor da dose prescrita e pré-determinada pelo operador via a interface homem-máquina, de forma que, desde que o valor integrado seja superior ou igual ao valor prescrito e prédeterminado, o sinal do sistema de acionamento de emissão de partículas é interrompido para parar, impedir, instantaneamente a emissão da radiação e eventualmente, de preferência, a fonte de alta tensão em um tempo suficientemente curto, por exemplo, pelo menos 1 ns.
[0040] De acordo com outras características da invenção, o detector compreende um ou vários quadrantes ou setores ou voxels produzindo, cada um, um sinal de detecção ou sinal de dose absorvida (SDA) e dispostos inteligentemente, isto é, configurados para permitir deduzir de seus sinais de detecção (SDA) informações que caracterizam a posição, a forma e/ou a energia do feixe de radiação ionizante que os atravessa, por um lado, e de forma a controlar e regular o feixe de radiação ionizante, notadamente sua posição, sua forma e/ou sua energia, por outro lado.
[0041] Outras características e vantagens da invenção considerados sozinhos ou em combinação aparecerão com a leitura da descrição detalhada que se segue para a
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16/34 compreensão da qual se reportará aos desenhos anexados nos quais:
i. - a figura 1 é uma representação esquemática de um princípio geral do funcionamento dos diferentes meios e elementos do dispositivo, de acordo com a invenção, definindo um circuito de regulagem e de controle;
ii. - a figura 2 apresenta esquematicamente um exemplo de realização de um dispositivo, de acordo com a invenção;
iii. - a figura 3 ilustra determinados dos principais parâmetros de uma dose, a saber a duração do tiro (D), a duração de um impulso (d) e a frequência de impulso (f); e iv. - a figura 4 é uma representação esquemática de um exemplo de meio de emissão de radiação ionizante (MER).
[0042] A figura 1 mostra uma descrição geral do princípio de interconexão inteligente dos diferentes elementos que compõem o dispositivo de irradiação com radiação ionizante para a radioterapia e/ou a radiobiologia objeto da presente invenção. Esse princípio mostra que os diferentes elementos e/ou subelementos que constituem o dispositivo, de acordo com a invenção, cooperam juntos e formam um circuito de controle e de regulagem, notadamente de controle e de regulagem de potência, de forma a liberar, de maneira controlada e precisa de fortes doses de radiação ionizante de pelo menos 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, 1 nanogray (nGy), em uma faixa de energia compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules], em durações muito breves, isto é, por exemplo, compreendidas entre 0,1 ps e 100 ms, de preferência, 100 ps ou 1 ms. Essa cooperação e interconexão e o circuito
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17/34 formado são essenciais para serem obtidas as funções técnicas objeto da presente invenção. A associação das convenções técnicas, notadamente eletrônicas a cada nível do circuito de controle e de regulagem mostra quantas vezes essa interconexão é necessária para a realização da invenção e permite controlar, de forma precisa e sem ambiguidade, o funcionamento do dispositivo e da dose liberada.
[0043] Com referência às figuras 1 e 2, o dispositivo compreende quatro elementos interconectados entre si: pelo menos um meio de emissão de radiação ionizante (MER), um meio de detecção da dose (MDD), um sistema de controle e de comando (SCC) e um meio de controle da dose (MCD).
[0044] O sistema de controle e de comando (SCC) é programado por um operador via um programa de interface, de modo a enviar, em tempo real, sinais de convenções de emissão (CE) por meio de emissão de radiação ionizante (MER), dos sinais de convenções de detecção (CD), por meio de detecção de dose de radiação ionizante (MDD), e sinais de convenções de dose absorvida (CDA) por meio de controle de dose de radiação ionizante (MCD).
[0045] Também, o meio de emissão de radiação ionizante (MER) emite uma radiação ionizante (RI) correspondente ao sinal de radiação ionizante que interage com o meio de detecção de dose (MDD).
[0046] A interação da radiação ionizante (RI) com um meio de detecção de dose (MDD) gera o envio de um sinal de dose absorvida (SDA), pelo meio de detecção de dose (MDD) para o meio de controle de dose (MCD). Esse meio de controle de dose (MCD) amplifica ou atenua, integra e compara o sinal
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18/34 de dose absorvida (SDA) ao sinal de convenção de dose absorvida (CDA). Se o resultado da amplificação ou da atenuação e da integração do sinal de dose absorvida (SDA) e superior ou igual ao sinal de convenção de dose absorvida (CDA), o meio de controle de dose absorvida (MCD) envia um sinal que comanda a interrupção do meio de emissão de radiação ionizante (MER), caso contrário a emissão de radiação ionizante (RI) prosseguirá, segundo as prescrições pré-definidas pelo operador.
[0047] A disposição dos diferentes elementos de convenção, de controle e suas interconexões que constituem o circuito de controle e regulagem age de modo que é possível liberar, de maneira controlada e precisa, de forma inteligente, fortes doses de radiação ionizante de pelo menos 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, nGy em uma faixa de energia compreendida entre 1 MeV [1,6x1013 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules], durante instantes muito breves, isto é, por exemplo, compreendido entre aproximadamente 0,1 ps e 100 ms, de preferência, 100 ps ou 1 ms.
[0048] O meio de detecção da dose (MDD) compreende particularmente o detector ultra-rápido capaz de detectar, de forma muito precisa, uma dose em tempos muito curtos, por exemplo, de pelo menos 0,01 ns, acoplado a um meio de controle de dose (MCD), o qual compreende uma eletrônica de controle (EC). Essa eletrônica de controle (EC) é capaz de controlar uma dose liberada de pelo menos 0,01 Gy, até mesmo pelo menos 0,25 Gy durante pelo menos 0,1 ps, até mesmo 100 ps, até mesmo 1 ms, até mesmo 100 ms.
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19/34 [0049] O detector ultrarrápido do meio de detecção da dose (MDD) é notadamente em diamante e está compreendido entre dois eletrodos de polarização nos bornes dos quais é conectado o eletrônico de controle (EC) do meio de controle da dose (MCD), que mede o sinal elétrico de detecção (SDA), notadamente a corrente, produzida pela radiação ionizante através do diamante, o convertido em unidade de monitoramento de fluxo de dose absorvida e o integra para dar uma medida de dose absorvida acumulada no decorrer da emissão de radiação. A eletrônica de conversão do sinal elétrico produzido pela interação do diamante e da radiação ionizante é, por exemplo, calibrada com o auxílio de um instrumento de medida absoluta de dose absorvida acumulada durante a emissão de radiação ionizante.
[0050] De acordo com outras características particularmente interessantes da invenção, o detector ultrarápido compreende um ou vários detectores ditos primários que comportariam, cada um, vários pequenos detectores qualificados de secundários, isto é, um ou vários quadrantes ou setores ou voxels produzindo, cada um, um sinal de detecção (SDA) e dispostos de forma a deduzir de seus sinais de detecção (SDA) das informações que caracterizam a posição, a forma e/ou a energia do feixe de radiação ionizante que os atravessa, por um lado, e de modo a controlar e regular o feixe de radiação ionizante, notadamente sua posição, sua forma e/ou sua energia, por outro lado. Por exemplo, ele comporta quatro quadrantes ou setores ou voxels dispostos em quadrado.
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20/34 [0051] Por exemplo, cada detector qualificado de detector primário compreende várias zonas de detecções ou vários pequenos detectores qualificados de secundários. O detector ultra-rápido pode ser um empilhamento de detectores primários sob a forma de discos de material semicondutor, separados em vários detectores secundários.
[0052] Vantajosamente, o detector é um semicondutor, notadamente o diamante, compreendido entre dois eletrodos de polarização nos bornes dos quais é aplicada uma tensão de alguns volts regulável via a interface homem-máquina, o que permite obter um tempo de resposta muito curto, por exemplo, de pelo menos 0,01 ns, com elevados fluxos de dose, isto é, de pelo menos 0,01 Gy/s. Segundo um outro exemplo de realização interessante, esse detector pode ser realizado em carboneto de silício. O semicondutor, notadamente o diamante, está compreendido entre dois eletrodos de polarização nos bornes dos quais é aplicada uma tensão de polarização de alguns volts (TP), por exemplo, um volt por micrometro de espessura de diamante entre os eletrodos.
[0053] Conforme descrito anteriormente, a tensão de polarização (TP) é regulável pelo sistema de controle e de comando (SCC) via a interface homem-máquina. Nos bornes dos eletrodos de polarização é conectado um meio de interconexão de polarização que permite, ao mesmo tempo, fornecer a tensão de polarização (TP) comandada pelo sistema de controle e de comando (SCC) e transmitir o sinal de dose absorvido (SDA) produzido pelo diamante por interação com a radiação ionizante por meio de controle de dose (MCD).
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21/34 [0054] Vantajosamente, o meio de controle de dose (MCD) compreende meios de medida do sinal elétrico (SDA), notadamente de medida de corrente produzido pela radiação emitida através do detector, notadamente por interação entre o detector e a radiação ionizante que o atravessa, meios de conversão desse sinal elétrico de detecção (SDA), notadamente de corrente, em unidade de monitoramento de fluxo de dose absorvido e meios de integração desse sinal elétrico de detecção (SDA), notadamente de corrente, de forma a medir com precisão a dose absorvida acumulada no decorrer da emissão da radiação ionizante.
[0055] O detector escolhido oferece o interesse de ter um tempo de resposta muito curto da ordem do nano-segundo ou ainda mesmo de uma ordem inferior ao nano-segundo. Ele oferece também uma resistência elevada à radiação ionizante, propriedades de interações com a radiação ionizante similares àquela da água, isto é, a energia depositada pela radiação ionizante que a atravessa é comparável àquela que a mesma radiação depositaria na água, a conversão dessa energia em sinal elétrico de direção (SDA) tornando este representativo da dose depositada pela radiação ionizante na matéria viva, tipicamente um paciente. Ele oferece também uma resposta linear em corrente do sinal elétrico em relação ao fluxo de dose em largos intervalos de fortes fluxos de doses, e/ou à duração de impulso (d) da radiação ionizante. Ele oferece também uma resposta em corrente constante em relação à energia da radiação ionizante.
[0056] Essas diversas propriedades físicas e eventualmente químicas fazem notadamente do diamante um
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22/34 material apropriado à medida de forte fluxo de dose de radiação ionizante, notadamente de fluxo de dose de pelo menos 25 Gy/s até mesmo de pelo menos 50 Gy/s, em impulsos de radiação ionizante muito breves da ordem de 100 ns, para uma longa duração de vida, isto é, de pelo menos 500 horas.
[0057] O sistema de controle e de comando (SCC) é dotado de um sistema de controle funcional dos diferentes elementos desse dispositivo, de acordo com a invenção. Esse sistema de controle e de comando (SCC) compreende principalmente a interface homem-máquina (IHM) compreendendo vários botões e elementos de gestão e de programação do dispositivo, notadamente em matéria de dose ou de fluxo de dose absorvida ou de fluxo de dose liberada de radiação ionizante. O sistema de controle e de comando (SCC) compreende, além disso, instrumentos de visualizações e vários meios secundários de comando, notadamente meios táteis e não táteis, interruptores, etc., necessários para a aplicação do dispositivo. Esses meios permitem a um operador programar, de forma controlada e desejada, e de forma muito precisa, de maneira inteligente, em uma única vez, a natureza da radiação, a dose absorvida e/ou o fluxo de dose absorvida e eventualmente o fluxo de dose liberada, de radiação ionizante em uma duração desejada, e o regime impulsional.
[0058] Os parâmetros de impulso de grade, amplitude, frequência (f) e duração de impulso (d), número de impulsos por trem de impulsos ou duração de trem de impulsos, duração entre trens de impulsos e o número de trem de impulsos ou duração total de emissão (D) (conforme esquematizados na
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23/34 figura 3) são definidos pelo operador via interface homemmáquina e um programa adaptado. Esses parâmetros são transmitidos a uma eletrônica programada para gerar sinais de sincronização dos impulsos altas frequências (HF) do acelerador e dos impulsos de grade de canhão com elétrons ou de acionamento de fonte de feixe de partículas. Os sinais são amplificados por uma eletrônica baixa tensão para produzir impulsos de grade e por uma eletrônica de potência para a produção de impulso alta frequência (HF).
[0059] Por outro lado, o detector, conforme descrito anteriormente, é colocado no feixe de radiação ionizante para medir o fluxo de dose absorvido que essa radiação ionizante pode produzir na matéria com a qual ele interage, tipicamente um paciente. O sinal (SDA) produzido pelo detector sob a forma de uma corrente elétrica é medido e integrado pela eletrônica de controle (EC) do meio de controle de dose (MCD), notadamente um eletrômetro, no decorrer da emissão da radiação ionizante e o valor integrado é comparado ao valor da dose absorvida prescrita (CDA) pelo operador via a interface homem-máquina (IHM). Desde que o valor integrado seja superior ou igual ao valor prescrito, o sinal de impulso de grade cai em sua tensão de polarização negativa em relação ao catodo de forma a impedir a emissão. A duração de emissão de radiação ionizante pode, portanto, ser controlada e parada em tempo real e a dose liberada é precisa no valor próximo da dose produzida pelo último impulso de radiação ionizante.
[0060] A função de medida do sinal de detecção pode, por exemplo, ser assegurada por um amplificador ou um
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24/34 atenuador, conforme a amplitude do sinal, seguido de um mostrador - bloqueador. O meio de controle de dose (MCD) é um meio configurado para controlar o acionamento e a parada do meio de emissão de radiação ionizante (MER), ele compreende a eletrônica de controle e de comando (EC). Em um exemplo de realização particularmente cômodo, a eletrônica de controle e de comando (EC) compreende um amplificador ou o atenuador amplificando ou atenuando, segundo a amplitude, um sinal emitido pelo acionador, o integrador integrando na duração da emissão esse sinal amplificado ou atenuado e o comparador que compara continuamente esse sinal integrado às convenções de dose prescrita (CDA) pré-determinada pelo operador.
[0061] Para comandar a emissão de radiação ionizante durante instantes muito breves, o emissor (MER) é constituído de uma fonte de potência que é acionada e parada pela eletrônica do sistema de controle e de comando (SCC). O operador comanda o acionamento de uma emissão programada via a interface homem-máquina (IHM). A eletrônica do sistema de controle e de comando (SCC) acoplado por meio de controle de dose (MCD) para as fontes de potência, quando a dose absorvida, detectada e medida atingiu o valor prescrito e pré-determinado pelo operador.
[0062] Graças a uma eletrônica rápida do meio de controle de dose (MCD), quando o sinal amplificado ou atenuado e integrado oriundo do detector (SDA) iguala o sinal de convenção da dose (CDA), automaticamente o sinal de saída do comparador cai a um valor pré-determinado e pré-definido e aciona a parada da fonte do feixe de elétrons, notadamente
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25/34 do meio de emissão de radiação ionizante (MER), e a parada da fonte de alta tensão (HT) do acelerador em um tempo suficientemente curto, isto é, de preferência, inferior a 100 ps, de forma que a dose detectada não ultrapassa a dose prescrita.
[0063] Todos os meios anteriormente citados que constituem o circuito de controle e de regulagem, notadamente em potência, constituindo o dispositivo objeto da presente invenção, são interconectados entre si, de forma inteligente conforme descrito anteriormente, para cooperar e formar um circuito de controle e de regulagem inteligente, notadamente da potência, de forma a liberar, de maneira controlada e precisa, fortes doses de radiação ionizante, isto é, de preferência, de pelo menos 0,01 Gy e, de preferência, de pelo menos 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência 1 nGy, em uma faixa de energia compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules], em instantes muito breves, isto é, por exemplo, compreendidos entre aproximadamente 0,1 ps e 100 ms, de preferência, 100 ps ou 1 ms.
[0064] Vantajosamente, o meio de emissão de radiação ionizante (MER) é constituído principalmente do acelerador de partículas compreendendo uma fonte de potência e do sistema de controle de impulsos que é, por exemplo, diretamente ligada por meio de controle da dose (MCD), de forma a parar automaticamente a fonte de potência, quando a dose absorvida, detectada e medida tiver atingido o valor prescrito e pré-determinado pelo operador via a interface homem-máquina (IHM).
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26/34 [0065] Essa interface homem-máquina (IHM) compreende, além disso, um posto de comando (PC) e um programa de gestão de interface de visualização. A interface homem-máquina compreende também botões e visores luminosos que equipam as baias, as caixas e/ou cartões eletrônicos que contém as eletrônicas do sistema de controle e de comando (SCC) e do meio de controle de dose (MCD).
[0066] Vantajosamente, quando do funcionamento do dispositivo, um sinal é produzido pelo detectador sob a forma de corrente elétrico, esse sinal é medido e integrado por um electrômetro no decorrer da emissão da radiação, o valor integrado desse sinal é diretamente comparado ao valor da dose prescrita e pré-determinada pelo operador via a interface homem-máquina (IHM), de forma que, desde que o valor integrado seja superior ou igual ao valor prescrito e pré-determinado, o sinal de impulso da grade cai automaticamente a um valor pré-determinado correspondente à tensão de polarização em relação ao catodo para impedir e parar instantaneamente a emissão da radiação ionizante e eventualmente a fonte alta tensão em um tempo suficientemente curto, por exemplo, de pelo menos 1 ns.
[0067] A figura 4 é um modo de realização que representa um meio de emissão de radiação ionizante (MER). Esse meio de emissão de radiação ionizante (MER) compreende pelo menos uma fonte de partículas, notadamente de elétrons. Essa fonte compreende, por exemplo, pelo menos um catodo (1), um anodo (3) e uma grade (2). A grade compreende, além disso, uma polarização à baixa tensão (6) que controla a extração e o fluxo de partículas extraídas do catodo.
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27/34 [0068] O meio de emissão de radiação ionizante (MER) compreende, além disso, um filamento (7), alimentando com tensão, notadamente com baixa tensão, para aquecer o catodo e torná-lo assim emissivo, isto é, para poder extrair daí partículas.
[0069] A grade é configurada para que as partículas extraídas do catodo atravessem essa grade. O catodo e o anodo são conectados a uma alimentação alta tensão HT (5). Assim, as partículas que atravessaram a grade são aceleradas em direção ao anodo, formando um feixe de partículas.
[0070] A fonte de feixe de partículas pode ser, por exemplo, uma fonte acionável por um feixe laser, ou uma fonte acionável por uma grade polarizada ou por um eletrodo polarizado. Nesse primeiro caso, a fonte é composta de um fotocatodo ou de um plasma, de um anodo e de um feixe laser que ilumina o fotocatodo ou o plasma para acionar a emissão de elétrons pelo foto catodo ou pelo plasma. O anodo é provido de um orifício que permite a extração do feixe de partículas e sua injeção em um meio de aceleração (8) do feixe de partículas (4).
[0071] O meio de emissão de radiação ionizante (MER) comporta, além disso, um compartimento a vácuo, isto é, a uma pressão muito baixa, por exemplo, de no máximo 10-6 mbar [0,001 Pa].
[0072] O meio de emissão de radiação ionizante (MER) compreende, além disso, uma janela de transmissão ou um alvo de conversão (9) que converte o feixe de partículas (4) em radiação ionizante (4 bis) por transmissão a partir do
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28/34 compartimento de vácuo em direção à atmosfera externa. É dessa maneira que é emitida a radiação ionizante.
[0073] De forma geral, o princípio geral de emissão de partículas ou de radiação ionizante é amplamente conhecido do estado da técnica.
[0074] O meio de emissão de radiação ionizante (MER) é dotado de um sistema de controle de impulso de potência que compreende um gerador de potência que alimenta o meio de aceleração de feixe de partículas e uma eletrônica de comutação. Esse sistema de controle de impulso de potência é capaz de produzir um feixe de partículas de energia ajustável e desejada em uma faixa compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules], pulsado a uma frequência (f) desejada, tipicamente entre 5 Hz e 1 Hz, com uma duração de impulso (d) ajustável de pelo menos 1 ns, de preferência, 0,1 ps e capaz de liberar um fluxo de dose absorvido até 250 Gy/s, até mesmo até 500 Gy/s ou mesmo ainda até 1000 Gy/s.
[0075] A energia ajustada e desejada, o fluxo de partículas, em outros termos a corrente do feixe de partículas, é comandado pela tensão de polarização (6) aplicada à grade. É a combinação da energia e da corrente do feixe de partículas que determinam o fluxo de dose absorvida que pode liberar o meio de emissão de irradiação ionizante (MER).
[0076] O meio de emissão de radiação ionizante é dotado, além disso, de uma fonte de feixe de partículas acionada pela grade (2). A corrente de feixe de partículas gerada pela fonte com grade é diretamente função da tensão
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29/34 de polarização (6) dessa grade (2), notadamente sob a forma de um sinal que tem uma duração de impulso (d) de pelo menos 1 ns, de preferência, 0,1 ms, uma frequência de impulso (f) e uma amplitude de tensão de polarização.
[0077] A eletrônica de comutação que alimenta essa grade pode funcionar em vários modos, notadamente em modo recorrente para a irradiação de longa duração, em modo monoimpulso para as irradiações de durações muito curtas, inferiores a, de preferência, 1 ms, até mesmo 100 ps, e em modo semi-recorrente para as irradiações composta de vários trens de impulsos, de frequências escolhidas e separadas em função de prazos escolhidos.
[0078] Idealmente, a forma do sinal de polarização da grade pode ser programada à vontade com impulsos de duração variável, à frequência variável, de amplitude variável e com pelo menos um prazo pré-definido entre impulsos e/ou entre trens de impulsos.
[0079] A eletrônica de comutação do sistema de controle de impulso de potência do meio de emissão de radiação (MER) compreende entradas e saídas analógicas, permitindo adquirir todas as informações úteis, tanto os valores comandados quanto os valores medidos, relativos à corrente e à tensão de aquecimento da fonte de feixe de partículas e à amplitude de impulso em tensão de polarização da grade.
[0080] O emissor da radiação ionizante é um acelerador de partículas, notadamente linear, por exemplo, um acelerador linear de elétrons. O feixe de elétrons oriundo do acelerador pode ser utilizado diretamente como radiação
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30/34 ionizante após ter atravessado uma janela (9) que separa o vácuo do compartimento do acelerador e a atmosfera exterior, ou o acelerador pode ser equipado com um alvo de conversão da potência do feixe de elétrons em raios X que constitui então a radiação ionizante útil.
[0081] O acelerador produz um feixe de partículas de energia e de corrente desejados notadamente de energia em uma faixa compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules], de preferência, a faixa de 3 MeV [4,8x10-13 Joules] a 25 MeV [4x10-12 Joules]. A corrente e a energia são definidas pelo operador via a interface homemmáquina para se obter a radiação ionizante desejada na faixa escolhida anteriormente.
[0082] Vantajosamente, o meio de aceleração (8) é seja com onda hiperfrequência, seja com indução ou eletrostática.
[0083] De acordo com outras características da invenção, o meio de aceleração (8) é particularmente uma cavidade aceleradora.
[0084] Vantajosamente, o meio de emissão de radiação (MER) compreende, além disso, vários meios de aceleração, notadamente uma ou várias cavidades aceleradoras, montadas em série e/ou intercaladas de meios de desvio ou de recirculação do feixe de partículas, através do ou dos meios aceleradores, cada meio acelerador sendo alimentado por pelo menos uma fonte de potência a qual pode ser alimentada por pelo menos um modulador, esse modulador sendo alimentado por uma fonte alta tensão HT.
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31/34 [0085] No caso de um acelerador linear com onda hiperfrequência progressiva ou estacionária, por exemplo, em faixa S com 3 Gigahertz (GHz), um feixe de elétrons de energia ajustável em uma faixa compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules] e de corrente média 100 μΑ pode ser utilizado como radiação ionizante. Qualquer outro tipo de acelerador da mais alta ou mais baixa frequência ou mesmo DC, isto é, eletrostática (isto é, um acelerador de tensão contínua) pode ser utilizado tanto que a faixa de energia e a corrente média correspondem aos valores anteriormente indicadas. Por exemplo, o feixe é pulsado a uma frequência (f) ajustável compreendida entre 5 HZ e 200 HZ com uma duração de impulso (d) ajustável entre 0,05 μs e 4,5 μs e de amplitude mínima de 100 mA.
[0086] Para os raios X, é necessário que o acelerador seja mais potente, capaz de acelerar um feixe primário de elétrons de intensidade média superior a 1 mA. Esse acelerador pode ser um acelerador linear com cavidade em cobre, ou um acelerador linear supracondutor, ou qualquer outro tipo de acelerador correspondente as exigências do resultado esperado objeto da presente invenção.
[0087] No caso de um acelerador linear que compreende uma cavidade em cobre, ele é pulsado a frequências (f) superiores a 200 Hz, com uma duração de impulso (d) de pelo menos 5 μs e uma intensidade de pico de pelo menos 1 A. Ele pode ser constituído de várias cavidades aceleradoras em série, cada uma alimentada por sua própria fonte de potência alta frequência (HF). As fontes de potência podem ser meios de amplificação, compreendendo uma câmara de vácuo e
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32/34 permitindo realizar amplificações de meios e elevadas potências com faixa estreita em hiperfrequências, por exemplo, os klystrons, e esses meios de amplificação são eles próprios alimentados por moduladores clássicos ou com estado sólido.
[0088] Para fornecer um feixe pulsado à frequência (f) ajustável, uma duração de impulso (d) ajustável e uma amplitude de pico de corrente ajustável, a fonte de feixe do acelerador compreende um canhão de elétrons DC ou eletrostático (isto é, um canhão de elétron de tensão contínua) de tipo tríodo ou de tipo fotocatodo acionado por laser ou de tipo plasma acionado por eletrodo ou por laser. Pode tratar-se, por exemplo, de um canhão de alta tensão DC com catodo termo iônico com grade. O catodo é levado a um potencial negativo de uma dezena a várias dezenas de quilovolts. O anodo permanece no potencial de massa, notadamente 0 V (zero volt). A grade exerce então o papel de acionador, sendo levada a um potencial negativo e inferior de uma deseja ou de uma centena de volts em relação ao catodo para não emitir e um potencial, mas superior àquele do catodo para emitir. A amplitude do pico da corrente emitida pelo catodo depende de sua diferença de potencial em relação aquele da grade. Impulsos com frequência (f) ajustável, com duração (d) ajustável e com amplitude de tensão ajustável são enviados sobre a grade em fase com os impulsos alta tensão (HT) de alimentação do catodo para gerar um feixe pulsado desejado e injetado para a aceleração das partículas nas cavidades alta frequência (HF) do acelerador.
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33/34 [0089] O dispositivo, de acordo com a invenção, apresenta vantagem de oferecer ao operador a possibilidade de programar o tipo de radiação ionizante, a energia da radiação o fluxo de dose de radiação ionizante absorvida e/ou a liberar, e a duração da irradiação ou a dose de irradiação ionizante com absorção e/ou a liberar.
[0090] Ele permite liberar de maneira controlada e precisa e de maneira desejada via a interface homem-máquina, de forma inteligente, elevadas doses de radiação ionizante de pelo menos 0,01 Gy, até mesmo 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, 1 nGy, com energias em uma faixa compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules], em instantes muito breves tipicamente compreendidos entre 0,1 ps e 100 ms, de preferência, 100 ps, até mesmo 1 ms.
[0091] Ele permite também, para outras aplicações, liberar, de maneira controlada e precisa, e de maneira desejada, via a interface homem-máquina, elevados fluxos de doses de radiação ionizante até 250 Gy/s, a energias em faixas compreendidas entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules], em instantes muito breves de pelo menos 50 ns, para fins de radioterapia e/ou radiobiologia.
[0092] Vê-se, portanto, que é possível realizar, de forma industrial, uma máquina de radioterapia e/ou de radiobiologia confiável capaz de liberar uma elevada dose precisa e prescrita de radiação ionizante, por exemplo, de 10 Gy, em tempos muito curtos, por exemplo, 100 ms.
[0093] Contrariamente aos preconceitos que consistiam em crer que é impossível conceber uma máquina de
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34/34 radioterapia capaz de fornecer os desempenhos descritos antes, a invenção apresentada aqui permite mostrar que, utilizando-se a máquina descrita nessa invenção, é possível resolver o problema anteriormente citado.
[0094] A presente invenção não está de modo nenhum limitada aos modos de realização descritas e representadas, mas o técnico saberá aí fornecer qualquer variante, conforme o seu espírito.
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ANEXO
NOVO RELATÓRIO DESCRITIVO COM AS ALTERAÇÕES DESTACADAS
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DISPOSITIVO DE IRRADIAÇÃO COM RADIAÇÃO IONIZANTE, NOTADAMENTE PARA A RADIOTERAPIA E/OU A RADIOBIOLOGIA .
[0001] A presente invenção se refere a um dispositivo de irradiação com radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiologia capaz de liberar, de maneira controlada e precisa, de forma programada, fortes doses de radiação ionizante de pelo menos 0,25 Gy, de preferência, 10 Gy, com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, 1 nGy, em uma faixa de energia compreendida entre 1 MeV [l,6xl0“13 Joules-J] e 50 MeV [8xl0“12 Joules-J] , em instantes muito breves, isto é, por exemplo, de pelo menos 0,1 ps, de preferência, 100 ps, até mesmo 1 ms ou ainda 100 ms.
[0002] Ela se refere, também, a um dispositivo de irradiação com radiação ionizante, dotado de um sistema de controle de impulso de potência capaz de produzir um feixe de partículas de energia ajustável em uma faixa compreendida entre 1 MeV [l,6xl0“13 Joules-J] e 50 MeV [8xl0“12 Joules-J] , pulsado a uma frogüfreguência (f) desejada com uma duração de impulso (d) ajustável de pelo menos 1 ns, de preferência, 0,1 ps, e capaz de liberar um fluxo de dose absorvido até 250 Gy/s até mesmo até 500 Gy/s ou mesmo ainda até 1000 Gy/s .
[0003] Ela se refere, mais particularmente, a um dispositivo de irradiação com radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiobiologia, no qual os diferentes meios e sistemas que os constituem são interconectados entre si, de forma inteligente para cooperar e formar um circuito de controle e regulagem, notadamente da potência, de forma a liberar, de maneira controlada e
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2/34 precisa, fortes doses de radiação ionizante de pelo menos 0,25 Gy com um precisão pelo menos 1 pGy, de preferência, 1 nGy, a energias em uma faixa compreendida entre 1 MeV [l,6xl0“13 Joules-J] e 50 MeV [8xl0“12 Joules-J] , durante instantes muito breves, isto é, por exemplo, de pelo menos 0,1 ps, de preferência, 100 ps, até 1 ms, ou ainda 100 ms.
[0004] Ela se refere, eventualmente, a um dispositivo de irradiação com radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiobiologia, compreendendo um detector rápido, também qualificado ultrarápido, capaz de detectar uma dose em tempos muito curtos, por exemplo, pelo menos 0,01 ns, acoplada a uma eletrônica de controle capaz de controlar uma dose liberada, durante uma fração de segundo, por exemplo durante pelo menos 0,1 ps, de preferência, 1 ps ou 1 ms, e, de preferência, durante menos até menos de 200 ms.
[0005] A radioterapia é um método de tratamento locoregional dos cânceres. Ela é, com a cirurgia, o tratamento mais froqüfrequente dos cânceres e pode acarretar uma remissão nítida a ela só. Ela pode ser utilizada sozinha ou associada à cirurgia e à quimioterapia. Suas indicações são ligadas ao tipo de tumor, à sua localização, ao seu estágio e ao estado geral do alvo. Ela apresenta, em certos casos, a vantagem de ser realizada em ambulatório pelo fato de as seções poderem ser de curtas durações e os efeitos secundários menores que aqueles de uma quimioterapia. Para isto, a radioterapia utiliza radiações para destruir as células cancerígenas, afetando sua capacidade de reprodução.
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A irradiação tem por finalidade destruir todas as células tumorais, poupando os tecidos sadios periféricos.
[0006] De forma geral, um dispositivo de irradiação com radiação ionizante para a radioterapia e/ou a radiobiologia compreende um acelerador linear de feixe de elétrons ou de ions e uma eletrônica de controle e de comando que permite parar globalmente a emissão de radiação ionizante, quando a dose prescrita pelo operador é atingida.
[0007] As máquinas de radioterapia convencionais permitem liberar até hoje, a radiação ionizante sob a forma de elétrons e de raios X com energias de 3 a 25 MeV [4,8xl0“13 Joules a 4xl0“12 Joules-JI , a doses da ordem de 1 Gy, com um fluxo de dose da ordem de 4 Gy por minuto e com uma precisão medíocre.
[0008] Soluções foram propostas para se obter uma precisão das doses de radiação liberadas da ordem de 1 %. Com efeito, os tempos de irradiação, as doses liberadas e as colimações são, daqui para o futuro, programadas por um operador físico médico em cooperação com um radioterapeuta com o auxilio de ferramentas informáticas. Infelizmente, essa precisão não pode ser atingida com os dispositivos convencionais de detecção e de controle da dose e/ou do fluxo de dose liberada e/ou absorvida. Com efeito, os problemas maiores desses dispositivos se caracterizam pelo fato de não serem capazes de liberar, de maneira controlada e precisa, de forma programada e inteligente, fortes doses de radiação ionizante até 250 Gy/s, até mesmo até 500 Gy/s ou mesmo ainda 1000 Gy/s, com energias em uma faixa compreendida entre 1 MeV [l,6xl0~13 Joules] e 50 MeV [ 8x10~12 Joules 1 , em instantes
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muito breves, isto é, por exemplo, de pelo menos 0,1 ps, de
preferência, 100 ps !, até mesmo 1 ms ou ainda 100 ms.
[0009] Um outro problema técnico maior desses
dispositivos é que os diferentes elementos que compõem esses
dispositivos não são suficientemente rápidos e/ou
interconectados entre si, de forma inteligente para cooperarem juntos e formarem um circuito suficientemente rápido de regulagem e de controle da dose e/ou de fluxo de dose suficientemente elevados para liberarem uma dose de radiação ionizante com precisão em instantes muito breves.
[0010] Particularmente, um outro problema técnico maior desses dispositivos é que o detector utilizado não é rápido, o que torna impossível a detecção da dose em escalas de tempos muito curtos, por exemplo, da ordem do nanosegundo.
[0011] Particularmente, um outro problema técnico maior desses dispositivos é que o detector utilizado se satura a partir de um certo fluxo de dose, geralmente desde 10 Gy/s ao máximo, o que torna impossível a detecção de fluxos de dose muito elevados, por exemplo, da ordem de 250 Gy/s, até mesmo 500 Gy/s ou mesmo 1000 Gy/s.
[0012] Um outro problema técnico que se apresenta é que os meios de controle de dose e os meios de controle e de comando não são eficazes para executarem, de forma desejada e de maneira muito precisa, a liberação de uma dose prescrita em um tempo muito breve.
[0013] Para se obter uma boa precisão da dose liberada no decorrer de uma irradiação de uma duração de alguns mili-segundos ou da ordem do segundo, basta que as
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5/34 durações que separam o inicio da detecção pela eletrônica de controle e de comando do inicio da emissão pelo acelerador, por um lado, e o momento da detecção pela eletrônica de controle e de comando da ultrapassagem da dose prescrita da parada da emissão pelo acelerador, por outro lado, sejam inferiores a um mill—soqundomilissequndo, de preferência, inferior a alquns micro-sequndos.
[0014] Os problemas técnicos evocados anteriormente levam a uma incapacidade de liberar ou de medir e/ou de controlar precisamente fortes doses de radiação ionizante em durações muito breves. Os impactos de um mau controle de dose e/ou do fluxo de dose absorvida pelo alvo podem levar à destruição pura e simples das células, tecidos ou órqãos sadios e os efeitos secundários que dai decorrem podem ter, em certos casos, consoqüconsequências nefastas sobre os órqãos com riscos.
[0015] Do estado da técnica são conhecidos dispositivos de irradiação com radiação ionizante capazes de liberar fluxos de dose tão elevados quanto 10 kGy/s, mas em elétrons somente e com enerqias inferiores ou iquais a 10 MeV [l,6xl0~12 Joules] .
[0016] São também conhecidos, do estado da técnica, aceleradores, que compreendem sistemas de controle para inibir uma irradiação em menos de 100 ps, mas seu sistema de detecção com câmara de ionização não é suficientemente rápido para detectar o fluxo de dose, inteqrá-lo, compará-lo e parar a irradiação em menos de 100 ms.
[0017] Atualmente, parece imperativo conceber uma arquitetura de um dispositivo de irradiação com radiação
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6/34 ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiobiologia, permitindo liberar, de maneira controlada e precisa, fortes doses de radiação ionizante de pelo menos 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, 1 nGy, em instantes muito breves, isto é, de pelo menos, 0,1 ps, notadamente 100 ps, até mesmo 1 ms, até mesmo 100 ms, em faixas de energias compreendidas entre 1 MeV [l,6xl0“13 Joules 1 e 50 MeV [ 8x10~12 Joules 1 .
[0018] Da publicação WO 2007 017177, é conhecido um dispositivo de radioterapia, compreendendo uma fonte pulsada de elétrons, capaz de fornecer uma exposição total durante pelo menos um minuto à froqüfrequência de repetição de 1 Hz e fornecer doses únicas de 10 Gy em aproximadamente 30 ns.
[0019] Da publicação US 2010 329413, é conhecido um dispositivo de radioterapia, compreendendo um sistema e um processo capaz de liberar raios X com um fluxo de dose que pode atingir aproximadamente 10 Gy/s (gray por segundo) até mesmo sensivelmente mais.
[0020] Da publicação US 6445766, é também conhecido um dispositivo de radioterapia, compreendendo meios para produzir uma radiação ionizante.
[0021] Das publicações US 7 567647 e US 2008 144772, é conhecido um dispositivo de radioterapia, compreendendo um meio de emissão de radiação ionizante, um alvo, um detector de dose, um meio de controle da dose.
[0022] Todavia, nenhum dos documentos citados divulga um circuito de regulagem e de controle especifico ligando inteligentemente os diferentes elementos que compõem o dispositivo de emissão de radiação ionizante para liberar,
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7/34 de forma eficaz, uma dose de pelo menos 1 Gy, notadamente de pelo menos 10 Gy em faixas de energia compreendidas entre 1 MeV e 25 MeV [l,6xl0“13 Joules-J e 4xl0“12 Joules-JI , e, de preferência, até 50 MeV [ 8x10“12 Joules-JI , em instantes muito breves, isto é, de pelo menos 0,1 ps, de preferência, 100 ps, ou 1 ms, até mesmo 100 ms.
[0023] Também, nenhum dos documentos citados divulga um detector capaz de detectar uma dose em tempos muito curtos, de preferência, de pelo menos 0,01 ns, isto é, um detector ultra-rápido.
[0024] Além disso, nenhum dos documentos citados satisfaz todas as especificações para liberar um fluxo de dose de radiação ionizante até 250 Gy/s, até mesmo até 500 Gy/s ou mesmo ainda até 1000 Gy/s, em uma faixa de energia compreendida entre 1 MeV e 25 MeV [l,6xl0“13 Joules-J e 4x10“ 12 Joules-J] , até mesmo 50 MeV [8xl0“12 Joules-J] , de maneira controlada por durações de tempos inferiores ais, notadamente 1 ms.
[0025] A finalidade da presente invenção é de fornecer um dispositivo de irradiação com radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou radiobiologia prevenindo os problemas anteriormente evocados e melhorando os dispositivos de irradiação com radiação ionizante conhecidos do estado da técnica.
[0026] Na descrição que se segue, os termos listados a seguir terão a seguinte definição:
i. - dose absorvida: a dose absorvida ou, mais concisamente, dose de radiação ionizante ou a dose, é a energia depositada por uma unidade de massa de matéria
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8/34 submetida à radiação ionizante. A dose absorvida mede a densidade mássica de energia depositada por irradiação. A unidade de dose no sistema internacional é o gray (Gy) ; é uma unidade derivada que vale um joule por quilograma: 1 Gy = 1 J/kg. Considerando-se um feixe de radiação ionizante que irradia um elemento de volume dV, de massa volúmicadensidade p e de massa dm = pdV. Seja dE a energia depositada nesse elemento pelo feixe, a dose absorvida D é definida por:
[0027] D=dE/dm = 1 dE / p dV
i. - fluxo de dose absorvida: dose absorvida pela matéria submetida a uma radiação ionizante por unidade de tempo. Ele se mede em Gy/s (grays por segundo) no sistema de unidades internacional.
ii. - Eletronvolt: de símbolo eV, é uma unidade de medida de energia. Seu valor é definido como sendo a energia adquirida por um elétron acelerado por uma diferença de
potencial de um volt: 1 eV = e. (1 V) , no qual e é o valor
absoluto da carga do elétron;
iii. - mega-elétron-volt: de símbolo MeV, 1 MeV = 106
eV = 1, 6022.10-13 Joules-J;
iv. - nano-segundo: unidade de medida de tempo do
sistema internacional, valendo 10“9 segundos e cujo símbolo é ns.
v. - micro—sogundomicrossegundo: unidade de medida de tempo do sistema internacional, valendo 10“6 segundo, e cujo símbolo é ps;
vi. - milo—sogundomilissegundo: unidade de medida de tempo do sistema internacional, valendo 10“3 segundos, e cujo símbolo é ms;
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9/34 vii. - segundo: unidade de medida de tempo do sistema internacional, cujo símbolo é s;
viii. - detecção muito precisa: medida de grandeza, cuja incerteza relativa do resultado é muito pequena, de no máximo 0,01%;
ix. - radiação ionizante: radiação capaz de depositar bastante energia na matéria que ele atravessa para criar uma ionização, isto é, ionizar átomos e/ou moléculas que constituem essa matéria;
x. - forte dose: dose de radiação ionizante que, segundo o tipo de radiação ionizante, produz efeitos deterministas sobre um organismo vivo ou que é superior a que um alvo pode receber no decorrer de sua vida pelas radiações ionizantes naturais e aqueles devido à atividade humana. Independentemente do tipo de radiação ionizante, uma forte dose é caracterizada por uma dose absorvida superior a 0,01 Gy.
xi. - interconexão inteligente: é uma interconexão que utiliza tecnologias informáticas, de maneira a otimizar a transferência e a distribuição de informações, e que tem por objetivo otimizar o conjunto das malhas de uma rede de eletricidade, a fim de melhorar a eficácia de transferência e a resposta a uma solicitação determinada;
xii. - um valor desejado: de maneira geral, é um valor escolhido, definido e programado por um operador via a interface homem-máquina;
xiii. - controle inteligente: é um controle que utiliza tecnologias informáticas, de maneira a otimizar o valor de uma grandeza a controlar, a transferência e a distribuição
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10/34 de informações, e que tem por objetivo otimizar o controle do conjunto das malhas de uma rede de eletricidade, a fim de melhorar a eficácia de transferência e a resposta a uma solicitação determinada.
[0028] A invenção tem por objeto um dispositivo de radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiobiologia, compreendendo pelo menos:
i. - um meio de emissão de radiação ionizante (MER), compreendendo:
ii. pelo menos uma fonte de partículas que compreende pelo menos:
1. um catodo e um anodo, ou um plasma;
2. 'um meio de acionamento de emissão de partículas, notadamente uma grade ou um eletrodo ou um laser e
3. um meio de aceleração de um feixe de partículas;
4. esse meio de emissão de radiação ionizante (MER) sendo também dotado de um sistema de controle de impulso de potência que é configurado para produzir um feixe de partículas, isto é, uma radiação ionizante, de energia, ajustável e desejada, em uma faixa compreendida entre 1 MeV [l,6xl0~13 Joules] e 50 MeV [ 8x10~12 Joules 1 , pulsado a uma froqüfrequência (f) desejada, tipicamente compreendida entre 5 Hz e 1000 Hz até mesmo entre 5 Hz e 500 Hz, até mesmo entre 5 Hz e 200 Hz, e, de preferência, aproximadamente 100 Hz, com uma duração de impulso (d), ajustável, de pelo menos 1 ns, e, de preferência, compreendida entre 0,05 ps e 12 ps, e, de preferência, de 0,1 ps, e para liberar um fluxo de dose absorvido de pelo menos aproximadamente 0,01 Gy/s, por exemplo, compreendido entre aproximadamente 0,01 Gy/s e
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11/34 aproximadamente 250 Gy/s, até mesmo 500 Gy/s ou mesmo ainda 1000 Gy/s;
iii. - um meio de detecção de dose de radiação ionizante (MDD) compreendendo um detector; o detector sendo um detector ultra-rápido, acoplado a um meio de controle de dose (MCD), configurado para detectar, de forma muito precisa, uma dose de radiação ionizante em tempos muito curtos, isto é, em pelo menos 0,01 ns e com fluxos de dose muito elevados, isto é, permitindo liberar pelo menos 0,01 Gy/s, por exemplo, 25 Gy/s, até mesmo 50 Gy/s, até mesmo, de preferência, 250 Gy/s, até mesmo ainda 500 Gy/s ou mesmo ainda 1000 Gy/s;
iv. - meio de controle de dose (MCD), configurado para controlar um acionamento e uma parada do meio de emissão de radiação ionizante (MER), compreendendo:
1. uma eletrônica de controle (EC), configurada para controlar uma dose liberada durante uma fração de segundo, isto é, durante pelo menos 0,1 ps, até mesmo 100 ps, até mesmo 1 ms, até mesmo ainda 100 ms;
2. um amplificador e/ou um atenuador que amplifica e/ou atenua um sinal emitido pelo detector;
3. um integrador que integra durante a duração da emissão esse sinal amplificado e/ou atenuado; e
4. um comparador que compara continuamente esse sinal integrado as convenções da dose prescrita (CDA) prédeterminada por um operador;
v. - um sistema de controle e de comando (SCC), comportando:
vi. o um sistema de controle funcional (SCF) dos diferentes elementos desse dispositivo, compreendendo:
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12/34 vii. uma interface homem-máquina (IHM);
viii. ferramentas de visualização; e ix. e meios de utilização configurados para que um operador programe, de forma controlada e desejada e de forma muito precisa, em uma única vez, a natureza da radiação, o fluxo de dose absorvido de radiação ionizante, uma duração e um regime impulsionai da emissão da radiação ionizante.
[0029] Esses meios (MER, MDD, MCD) e esse sistema (SCC), constituindo pelo menos em parte esse dispositivo e sendo, além disso, interconectados entre si, de forma inteligente, para cooperar e formar um circuito de controle e de regulagem inteligente, notadamente da potência, são configurados para liberar e controlar doses de radiação ionizante de pelo menos 0,01 Gy até mesmo 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, 1 nGy, com energias compreendidas entre 1 MeV [l,6x!0~13 Joules] e 50 MeV [8x10~12 Joules], durante instantes muito breves, isto é, de pelo menos 0,1 ps, até mesmo 100 ps, de preferência, 1 ms, até mesmo 100 ms, ou por exemplo, compreendido entre 0,1 ps e 100 ms, de preferência, 100 ps ou 1 ms.
[0030] De acordo com outras características da invenção, o meio de emissão de radiação ionizante (MER) é um acelerador de partículas que compreende uma fonte de potência e uma eletrônica de controle, isto é, um sistema de controle de impulso, essa eletrônica de controle (ou sistema de controle de impulso) é diretamente ligada por meio de controle de dose (MCD) , de forma a parar automaticamente a fonte de potência, quando a dose absorvida, detectada e medida atingiu um valor prescrito e pré-determinado pelo
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13/34 operador via a interface em homem-máquina (IHM), essa interface homem-máquina (IHM) compreende, além disso, um posto de comando (PC) e um programa de gestão de interface de visualização.
[0031] De acordo com outras características da invenção, o meio de aceleração é seja com onda hiper— frogüfreguência, seja com indução, seja eletrostático.
[0032] Vantajosamente, o meio de emissão de radiação (MER) compreende, além disso, vários meios de acelerações montados em série e/ou intercalados de meios de desvio ou de recirculação do feixe de partículas através do ou dos meios de aceleração, cada um sendo alimentado por pelo menos uma fonte de potência.
[0033] Vantajosamente, o detector é um semicondutor, notadamente, o diamante, por exemplo, sob a forma monocristalina ou policristalina, puro ou dopado, ou carboneto de silício, compreendido entre dois eletrodos de polarização nos bornes dos quais é aplicada uma tensão de alguns volts regulável segundo a espessura do detector via a interface homem-máquina, e configurado para se obter um
tempo de resposta muito curto, por exemplo, de pelo menos
0,01 ns, com fortes fluxos de dose, isto é, de pelo menos
0,01 Gy/s.
[0034] Tradicionalmente r os detectores com
semicondutor eram utilizados para faixas de energi a bem
menores do que no âmbito da presente invenção, tipicamente sob 1 MeV [l,6xl0“13 Joules-J] e são conhecidos por ter como inconvenientes a apresentação de uma sensibilidade variável, tornando-os particularmente mau adaptados ao domínio médico.
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14/34 [0035] Contudo, no âmbito da presente invenção, o detector é atravessado pelo feixe e é configurado para permitir um controle da dose liberada no paciente durante o tratamento. Ele detecta, portanto, a integralidade do fluxo de radiação ionizante em tempo real. Podia-se, portanto, se esperar que os detectores conhecidos fornecessem informações difíceis de interpretar, por um lado, e sobretudo saturassem na faixa de doses consideradas, mas apareceu, de maneira surpreendente, que, contrariamente ao preconceito do técnico, detectores desse tipo permitiam, sendo atravessados pela integralidade do fluxo de radiação ionizante destinado a ser aplicado a um paciente, dar um valor significativo desse fluxo, de maneira, ao mesmo tempo, precisa e rápida.
[0036] Um detector em diamante promissor no âmbito da presente invenção é, por exemplo, desenvolvido pelo laboratório LCD (Laboratório Captador Diamante) do CEA de Saclay.
[0037] Para um detector em carboneto de silício, um daqueles estudados e desenvolvidos pelo laboratório, IM2NP (Institut Matériaux Microéletronique Nanosciences De Provence, UMR CNRS 7334), que é especializado no carboneto de silício, oferece primeiros resultados interessantes.
[0038] Vantajosamente, a eletrônica de controle (EC) do meio de controle de dose (MCD) compreende meios de medida de corrente elétrica, notadamente de um sinal elétrico, produzido pela interação de radiação com o detector, meios de conversão dessa corrente elétrica em unidade de fluxo de dose absorvida e meios de integração dessa corrente elétrica
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15/34 configurados para medir com precisão a dose absorvida acumulada no decorrer da emissão da radiação ionizante.
[0039] Vantajosamente, um sinal elétrico é produzido pelo detector, esse sinal elétrico é medido e integrado pelo electrômetro no decorrer da emissão da radiação, o valor integrado desse sinal elétrico é diretamente comparado ao valor da dose prescrita e pré-determinada pelo operador via a interface homem-máquina, de forma que, desde que o valor integrado seja superior ou igual ao valor prescrito e prédeterminado, o sinal do sistema de acionamento de emissão de partículas é interrompido para parar, impedir, instantaneamente a emissão da radiação e eventualmente, de preferência, a fonte de alta tensão em um tempo suficientemente curto, por exemplo, pelo menos 1 ns.
[0040] De acordo com outras características da invenção, o detector compreende um ou vários quadrantes ou setores ou voxels produzindo, cada um, um sinal de detecção ou sinal de dose absorvida (SDA) e dispostos inteligentemente, isto é, configurados para permitir deduzir de seus sinais de detecção (SDA) informações que caracterizam a posição, a forma e/ou a energia do feixe de radiação ionizante que os atravessa, por um lado, e de forma a controlar e regular o feixe de radiação ionizante, notadamente sua posição, sua forma e/ou sua energia, por outro lado.
[0041] Outras características e vantagens da invenção considerados sozinhos ou em combinação aparecerão com a leitura da descrição detalhada que se segue para a
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16/34 compreensão da qual se reportará aos desenhos anexados nos quais:
i. - a figura 1 é uma representação esquemática de um principio geral do funcionamento dos diferentes meios e elementos do dispositivo, de acordo com a invenção, definindo um circuito de regulagem e de controle;
ii. - a figura 2 apresenta esquematicamente um exemplo de realização de um dispositivo, de acordo com a invenção;
iii. - a figura 3 ilustra determinados dos principais parâmetros de uma dose, a saber a duração do tiro (D) , a duração de um impulso (d) e a froqüfrequência de impulso (f) ; e iv. - a figura 4 é uma representação esquemática de um exemplo de meio de emissão de radiação ionizante (MER).
[0042] A figura 1 mostra uma descrição geral do principio de interconexão inteligente dos diferentes elementos que compõem o dispositivo de irradiação com radiação ionizante para a radioterapia e/ou a radiobiologia objeto da presente invenção. Esse principio mostra que os diferentes elementos e/ou subelementos que constituem o dispositivo, de acordo com a invenção, cooperam juntos e formam um circuito de controle e de regulagem, notadamente de controle e de regulagem de potência, de forma a liberar, de maneira controlada e precisa de fortes doses de radiação ionizante de pelo menos 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, 1 nanogray (nGy), em uma faixa de energia compreendida entre 1 MeV [l,6x!0~13 Joules] e 50 MeV [ 8x10~12 Joules 1 , em durações muito breves, isto é, por exemplo, compreendidas entre 0,1 ps e 100 ms, de preferência,
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100 ps ou 1 ms. Essa cooperação e interconexão e o circuito formado são essenciais para serem obtidas as funções técnicas objeto da presente invenção. A associação das convenções técnicas, notadamente eletrônicas a cada nivel do circuito de controle e de regulagem mostra quantas vezes essa interconexão é necessária para a realização da invenção e permite controlar, de forma precisa e sem ambiqüambiquidade, o funcionamento do dispositivo e da dose liberada.
[0043] Com referência às figuras 1 e 2, o dispositivo compreende quatro elementos interconectados entre si: pelo menos um meio de emissão de radiação ionizante (MER) , um meio de detecção da dose (MDD), um sistema de controle e de comando (SCC) e um meio de controle da dose (MCD).
[0044] O sistema de controle e de comando (SCC) é programado por um operador via um programa de interface, de modo a enviar, em tempo real, sinais de convenções de emissão (CE) por meio de emissão de radiação ionizante (MER) , dos sinais de convenções de detecção (CD), por meio de detecção de dose de radiação ionizante (MDD), e sinais de convenções de dose absorvida (CDA) por meio de controle de dose de radiação ionizante (MCD).
[0045] Também, o meio de emissão de radiação ionizante (MER) emite uma radiação ionizante (RI) correspondente ao sinal de radiação ionizante que interage com o meio de detecção de dose (MDD).
[0046] A interação da radiação ionizante (RI) com um meio de detecção de dose (MDD) gera o envio de um sinal de dose absorvida (SDA) , pelo meio de detecção de dose (MDD) para o meio de controle de dose (MCD). Esse meio de controle
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18/34 de dose (MCD) amplifica ou atenua, integra e compara o sinal de dose absorvida (SDA) ao sinal de convenção de dose absorvida (CDA) . Se o resultado da amplificação ou da atenuação e da integração do sinal de dose absorvida (SDA) e superior ou igual ao sinal de convenção de dose absorvida (CDA), o meio de controle de dose absorvida (MCD) envia urn sinal que comanda a interrupção do meio de emissão de radiação ionizante (MER), caso contrário a emissão de radiação ionizante (RI) prosseguirá, segundo as prescrições pré-definidas pelo operador.
[0047] A disposição dos diferentes elementos de convenção, de controle e suas interconexões que constituem o circuito de controle e regulagem age de modo que é possível liberar, de maneira controlada e precisa, de forma inteligente, fortes doses de radiação ionizante de pelo menos 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, nGy em uma faixa de energia compreendida entre 1 MeV [1,6x10“ 13 Joules] e 50 MeV [ 8x10~12 Joules 1 , durante instantes muito breves, isto é, por exemplo, compreendido entre aproximadamente 0,1 ps e 100 ms, de preferência, 100 ps ou 1 ms .
[0048] O meio de detecção da dose (MDD) compreende particularmente o detector ultra-rápido capaz de detectar, de forma muito precisa, uma dose em tempos muito curtos, por exemplo, de pelo menos 0,01 ns, acoplado a um meio de controle de dose (MCD), o qual compreende uma eletrônica de controle (EC). Essa eletrônica de controle (EC) é capaz de controlar uma dose liberada de pelo menos 0,01 Gy, até mesmo
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19/34 pelo menos 0,25 Gy durante pelo menos 0,1 ps, até mesmo 100 ps, até mesmo 1 ms, até mesmo 100 ms.
[0049] O detector ultra-rãpidoultrarrápido do meio de detecção da dose (MDD) é notadamente em diamante e está compreendido entre dois eletrodos de polarização nos bornes dos quais é conectado o eletrônico de controle (EC) do meio de controle da dose (MCD) , que mede o sinal elétrico de detecção (SDA), notadamente a corrente, produzida pela radiação ionizante através do diamante, o convertido em unidade de monitoramento de fluxo de dose absorvida e o integra para dar uma medida de dose absorvida acumulada no decorrer da emissão de radiação. A eletrônica de conversão do sinal elétrico produzido pela interação do diamante e da radiação ionizante é, por exemplo, calibrada com o auxílio de um instrumento de medida absoluta de dose absorvida acumulada durante a emissão de radiação ionizante.
[0050] De acordo com outras características particularmente interessantes da invenção, o detector ultrarápido compreende um ou vários detectores ditos primários que comportariam, cada um, vários pequenos detectores qualificados de secundários, isto é, um ou vários quadrantes ou setores ou voxels produzindo, cada um, um sinal de detecção (SDA) e dispostos de forma a deduzir de seus sinais de detecção (SDA) das informações que caracterizam a posição, a forma e/ou a energia do feixe de radiação ionizante que os atravessa, por um lado, e de modo a controlar e regular o feixe de radiação ionizante, notadamente sua posição, sua forma e/ou sua energia, por outro lado. Por exemplo, ele
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20/34 comporta quatro quadrantes ou setores ou voxels dispostos em quadrado.
[0051] Por exemplo, cada detector qualificado de detector primário compreende várias zonas de detecções ou vários pequenos detectores qualificados de secundários. O detector ultra-rápido pode ser um empilhamento de detectores primários sob a forma de discos de material semicondutor, separados em vários detectores secundários.
[0052] Vantajosamente, o detector é um semicondutor, notadamente o diamante, compreendido entre dois eletrodos de polarização nos bornes dos quais é aplicada uma tensão de alguns volts regulável via a interface homem-máquina, o que permite obter um tempo de resposta muito curto, por exemplo, de pelo menos 0,01 ns, com elevados fluxos de dose, isto é, de pelo menos 0,01 Gy/s. Segundo um outro exemplo de realização interessante, esse detector pode ser realizado em carboneto de silício. O semicondutor, notadamente o diamante, está compreendido entre dois eletrodos de polarização nos bornes dos quais é aplicada uma tensão de polarização de alguns volts (TP), por exemplo, um volt por micrometro de espessura de diamante entre os eletrodos.
[0053] Conforme descrito anteriormente, a tensão de polarização (TP) é regulável pelo sistema de controle e de comando (SCC) via a interface homem-máquina. Nos bornes dos eletrodos de polarização é conectado um meio de interconexão de polarização que permite, ao mesmo tempo, fornecer a tensão de polarização (TP) comandada pelo sistema de controle e de comando (SCC) e transmitir o sinal de dose absorvido (SDA)
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21/34 produzido pelo diamante por interação com a radiação ionizante por meio de controle de dose (MCD).
[0054] Vantajosamente, o meio de controle de dose (MCD) compreende meios de medida do sinal elétrico (SDA), notadamente de medida de corrente produzido pela radiação emitida através do detector, notadamente por interação entre o detector e a radiação ionizante que o atravessa, meios de conversão desse sinal elétrico de detecção (SDA), notadamente de corrente, em unidade de monitoramento de fluxo de dose absorvido e meios de integração desse sinal elétrico de detecção (SDA), notadamente de corrente, de forma a medir com precisão a dose absorvida acumulada no decorrer da emissão da radiação ionizante.
[0055] O detector escolhido oferece o interesse de ter um tempo de resposta muito curto da ordem do nano-segundo ou ainda mesmo de uma ordem inferior ao nano-segundo. Ele oferece também uma resistência elevada à radiação ionizante, propriedades de interações com a radiação ionizante similares àquela da água, isto é, a energia depositada pela radiação ionizante que a atravessa é comparável àquela que a mesma radiação depositaria na água, a conversão dessa energia em sinal elétrico de direção (SDA) tornando este representativo da dose depositada pela radiação ionizante na matéria viva, tipicamente um paciente. Ele oferece também uma resposta linear em corrente do sinal elétrico em relação ao fluxo de dose em largos intervalos de fortes fluxos de doses, e/ou à duração de impulso (d) da radiação ionizante. Ele oferece também uma resposta em corrente constante em relação à energia da radiação ionizante.
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22/34 [0056] Essas diversas propriedades físicas e eventualmente químicas fazem notadamente do diamante um material apropriado à medida de forte fluxo de dose de radiação ionizante, notadamente de fluxo de dose de pelo menos 25 Gy/s até mesmo de pelo menos 50 Gy/s, em impulsos de radiação ionizante muito breves da ordem de 100 ns, para uma longa duração de vida, isto é, de pelo menos 500 horas.
[0057] O sistema de controle e de comando (SCC) é dotado de um sistema de controle funcional dos diferentes elementos desse dispositivo, de acordo com a invenção. Esse sistema de controle e de comando (SCC) compreende principalmente a interface homem-máquina (IHM) compreendendo vários botões e elementos de gestão e de programação do dispositivo, notadamente em matéria de dose ou de fluxo de dose absorvida ou de fluxo de dose liberada de radiação ionizante. O sistema de controle e de comando (SCC) compreende, além disso, instrumentos de visualizações e vários meios secundários de comando, notadamente meios táteis e não táteis, interruptores, otcetc. , necessários para a aplicação do dispositivo. Esses meios permitem a um operador programar, de forma controlada e desejada, e de forma muito precisa, de maneira inteligente, em uma única vez, a natureza da radiação, a dose absorvida e/ou o fluxo de dose absorvida e eventualmente o fluxo de dose liberada, de radiação ionizante em uma duração desejada, e o regime impulsionai.
[0058] Os parâmetros de impulso de grade, amplitude, froqüfrequência (f) e duração de impulso (d), número de impulsos por trem de impulsos ou duração de trem de impulsos,
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23/34 duração entre trens de impulsos e o número de trem de impulsos ou duração total de emissão (D) (conforme esquematizados na figura 3) são definidos pelo operador via interface homem-máquina e um programa adaptado. Esses parâmetros são transmitidos a uma eletrônica programada para gerar sinais de sincronização dos impulsos altas froqüfrequências (HE) do acelerador e dos impulsos de grade de canhão com elétrons ou de acionamento de fonte de feixe de partículas. Os sinais são amplificados por uma eletrônica baixa tensão para produzir impulsos de grade e por uma eletrônica de potência para a produção de impulso alta froqüfrequência (HF) .
[0059] Por outro lado, o detector, conforme descrito anteriormente, é colocado no feixe de radiação ionizante para medir o fluxo de dose absorvido que essa radiação ionizante pode produzir na matéria com a qual ele interage, tipicamente um paciente. O sinal (SDA) produzido pelo detector sob a forma de uma corrente elétrica é medido e integrado pela eletrônica de controle (EC) do meio de controle de dose (MCD), notadamente um eletrômetro, no decorrer da emissão da radiação ionizante e o valor integrado é comparado ao valor da dose absorvida prescrita (CDA) pelo operador via a interface homem-máquina (IHM). Desde que o valor integrado seja superior ou igual ao valor prescrito, o sinal de impulso de grade cai em sua tensão de polarização negativa em relação ao catodo de forma a impedir a emissão. A duração de emissão de radiação ionizante pode, portanto, ser controlada e parada em tempo real e a dose liberada é
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24/34 precisa no valor próximo da dose produzida pelo último impulso de radiação ionizante.
[0060] A função de medida do sinal de detecção pode, por exemplo, ser assegurada por um amplificador ou um atenuador, conforme a amplitude do sinal, seguido de um mostrador - bloqueador. O meio de controle de dose (MCD) é um meio configurado para controlar o acionamento e a parada do meio de emissão de radiação ionizante (MER), ele compreende a eletrônica de controle e de comando (EC). Em um exemplo de realização particularmente cômodo, a eletrônica de controle e de comando (EC) compreende um amplificador ou o atenuador amplificando ou atenuando, segundo a amplitude, um sinal emitido pelo acionador, o integrador integrando na duração da emissão esse sinal amplificado ou atenuado e o comparador que compara continuamente esse sinal integrado às convenções de dose prescrita (CDA) pré-determinada pelo operador.
[0061] Para comandar a emissão de radiação ionizante durante instantes muito breves, o emissor (MER) é constituído de uma fonte de potência que é acionada e parada pela eletrônica do sistema de controle e de comando (SCC). O operador comanda o acionamento de uma emissão programada via a interface homem-máquina (IHM). A eletrônica do sistema de controle e de comando (SCC) acoplado por meio de controle de dose (MCD) para as fontes de potência, quando a dose absorvida, detectada e medida atingiu o valor prescrito e pré-determinado pelo operador.
[0062] Graças a uma eletrônica rápida do meio de controle de dose (MCD), quando o sinal amplificado ou
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25/34 atenuado e integrado oriundo do detector (SDA) iguala o sinal de convenção da dose (CDA), automaticamente o sinal de saída do comparador cai a um valor pré-determinado e pré-definido e aciona a parada da fonte do feixe de elétrons, notadamente do meio de emissão de radiação ionizante (MER), e a parada da fonte de alta tensão (HT) do acelerador em um tempo suficientemente curto, isto é, de preferência, inferior a 100 ps, de forma que a dose detectada não ultrapassa a dose prescrita.
[0063] Todos os meios anteriormente citados que constituem o circuito de controle e de regulagem, notadamente em potência, constituindo o dispositivo objeto da presente invenção, são interconectados entre si, de forma inteligente conforme descrito anteriormente, para cooperar e formar um circuito de controle e de regulagem inteligente, notadamente da potência, de forma a liberar, de maneira controlada e precisa, fortes doses de radiação ionizante, isto é, de preferência, de pelo menos 0,01 Gy e, de preferência, de pelo menos 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência 1 nGy, em uma faixa de energia compreendida entre 1 MeV [l,6xl0~13 Joules] e 50 MeV [ 8x10~12 Joules 1 , em instantes muito breves, isto é, por exemplo, compreendidos entre aproximadamente 0,1 ps e 100 ms, de preferência, 100 ps ou 1 ms.
[0064] Vantajosamente, o meio de emissão de radiação ionizante (MER) é constituído principalmente do acelerador de partículas compreendendo uma fonte de potência e do sistema de controle de impulsos que é, por exemplo, diretamente ligada por meio de controle da dose (MCD), de
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26/34 forma a parar automaticamente a fonte de potência, quando a dose absorvida, detectada e medida tiver atingido o valor prescrito e pré-determinado pelo operador via a interface homem-máquina (IHM).
[0065] Essa interface homem-máquina (IHM) compreende, além disso, um posto de comando (PC) e um programa de gestão de interface de visualização. A interface homem-máquina compreende também botões e visores luminosos que equipam as baias, as caixas e/ou cartões eletrônicos que contém as eletrônicas do sistema de controle e de comando (SCC) e do meio de controle de dose (MCD).
[0066] Vantajosamente, quando do funcionamento do dispositivo, um sinal é produzido pelo detectador sob a forma de corrente elétrico, esse sinal é medido e integrado por um electrômetro no decorrer da emissão da radiação, o valor integrado desse sinal é diretamente comparado ao valor da dose prescrita e pré-determinada pelo operador via a interface homem-máquina (IHM), de forma que, desde que o valor integrado seja superior ou igual ao valor prescrito e pré-determinado, o sinal de impulso da grade cai automaticamente a um valor pré-determinado correspondente à tensão de polarização em relação ao catodo para impedir e parar instantaneamente a emissão da radiação ionizante e eventualmente a fonte alta tensão em um tempo suficientemente curto, por exemplo, de pelo menos 1 ns.
[0067] A figura 4 é um modo de realização que representa um meio de emissão de radiação ionizante (MER). Esse meio de emissão de radiação ionizante (MER) compreende pelo menos uma fonte de partículas, notadamente de elétrons.
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Essa fonte compreende, por exemplo, pelo menos um catodo (1), um anodo (3) e uma grade (2). A grade compreende, além disso, uma polarização à baixa tensão (6) que controla a extração e o fluxo de partículas extraídas do catodo.
[0068] O meio de emissão de radiação ionizante (MER) compreende, além disso, um filamento (7), alimentando com tensão, notadamente com baixa tensão, para aquecer o catodo e torná-lo assim emissivo, isto é, para poder extrair daí partículas.
[0069] A grade é configurada para que as partículas extraídas do catodo atravessem essa grade. O catodo e o anodo são conectados a uma alimentação alta tensão HT (5). Assim, as partículas que atravessaram a grade são aceleradas em direção ao anodo, formando um feixe de partículas.
[0070] A fonte de feixe de partículas pode ser, por exemplo, uma fonte acionável por um feixe laser, ou uma fonte acionável por uma grade polarizada ou por um eletrodo polarizado. Nesse primeiro caso, a fonte é composta de um fotocatodo ou de um plasma, de um anodo e de um feixe laser que ilumina o fotocatodo ou o plasma para acionar a emissão de elétrons pelo foto catodo ou pelo plasma. O anodo é provido de um orifício que permite a extração do feixe de partículas e sua injeção em um meio de aceleração (8) do feixe de partículas (4).
[0071] O meio de emissão de radiação ionizante (MER) comporta, além disso, um compartimento a vácuo, isto é, a uma pressão muito baixa, por exemplo, de no máximo 10-6 mbar [0,001 Pa].
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28/34 [0072] O meio de emissão de radiação ionizante (MER) compreende, além disso, uma janela de transmissão ou um alvo de conversão (9) que converte o feixe de partículas (4) em radiação ionizante (4 bis) por transmissão a partir do compartimento de vácuo em direção à atmosfera externa. É dessa maneira que é emitida a radiação ionizante.
[0073] De forma geral, o princípio geral de emissão de partículas ou de radiação ionizante é amplamente conhecido do estado da técnica.
[0074] O meio de emissão de radiação ionizante (MER) é dotado de um sistema de controle de impulso de potência que compreende um gerador de potência que alimenta o meio de aceleração de feixe de partículas e uma eletrônica de comutação. Esse sistema de controle de impulso de potência é capaz de produzir um feixe de partículas de energia ajustável e desejada em uma faixa compreendida entre 1 MeV [l,6xl0~13 Joules] e 50 MeV [ 8x10~12 Joules ] , pulsado a uma froqüfrequência (f) desejada, tipicamente entre 5 Hz e 1 Hz, com uma duração de impulso (d) ajustável de pelo menos 1 ns, de preferência, 0,1 ps e capaz de liberar um fluxo de dose absorvido até 250 Gy/s, até mesmo até 500 Gy/s ou mesmo ainda até 1000 Gy/s.
[0075] A energia ajustada e desejada, o fluxo de partículas, em outros termos a corrente do feixe de partículas, é comandado pela tensão de polarização (6) aplicada à grade. É a combinação da energia e da corrente do feixe de partículas que determinam o fluxo de dose absorvida que pode liberar o meio de emissão de irradiação ionizante (MER) .
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29/34 [0076] O meio de emissão de radiação ionizante é dotado, além disso, de uma fonte de feixe de partículas acionada pela grade (2). A corrente de feixe de partículas gerada pela fonte com grade é diretamente função da tensão de polarização (6) dessa grade (2), notadamente sob a forma de um sinal que tem uma duração de impulso (d) de pelo menos 1 ns, de preferência, 0,1 ms, uma froqüfrequência de impulso (f) e uma amplitude de tensão de polarização.
[0077] A eletrônica de comutação que alimenta essa grade pode funcionar em vários modos, notadamente em modo recorrente para a irradiação de longa duração, em modo monoimpulso para as irradiações de durações muito curtas, inferiores a, de preferência, 1 ms, até mesmo 100 ps, e em modo semi-recorrente para as irradiações composta de vários trens de impulsos, de froqüfrequências escolhidas e separadas em função de prazos escolhidos.
[0078] Idealmente, a forma do sinal de polarização da grade pode ser programada à vontade com impulsos de duração variável, à froqüfrequência variável, de amplitude variável e com pelo menos um prazo pré-definido entre impulsos e/ou entre trens de impulsos.
[0079] A eletrônica de comutação do sistema de controle de impulso de potência do meio de emissão de radiação (MER) compreende entradas e saídas analógicas, permitindo adquirir todas as informações úteis, tanto os valores comandados quanto os valores medidos, relativos à corrente e à tensão de aquecimento da fonte de feixe de partículas e à amplitude de impulso em tensão de polarização da grade.
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30/34 [0080] O emissor da radiação ionizante é um acelerador de partículas, notadamente linear, por exemplo, um acelerador linear de elétrons. O feixe de elétrons oriundo do acelerador pode ser utilizado diretamente como radiação ionizante após ter atravessado uma janela (9) que separa o vácuo do compartimento do acelerador e a atmosfera exterior, ou o acelerador pode ser equipado com um alvo de conversão da potência do feixe de elétrons em raios X que constitui então a radiação ionizante útil.
[0081] O acelerador produz um feixe de partículas de energia e de corrente desejados notadamente de energia em uma faixa compreendida entre 1 MeV [l,6xl0~13 Joules] e 50 MeV [ 8x10~12 Joules 1 , de preferência, a faixa de 3 MeV [4,8xl0“13 Joules-J] a 25 MeV [4xl0“12 Joules-J] . A corrente e a energia são definidas pelo operador via a interface homemmáquina para se obter a radiação ionizante desejadae- na faixa escolhida anteriormente.
[0082] Vantajosamente, o meio de aceleração (8) é seja com onda hiper f rogüf reguência, seja com indução ou eletrostática.
[0083] De acordo com outras características da invenção, o meio de aceleração (8) é particularmente uma cavidade aceleradora.
[0084] Vantajosamente, o meio de emissão de radiação (MER) compreende, além disso, vários meios de aceleração, notadamente uma ou várias cavidades aceleradoras, montadas em série e/ou intercaladas de meios de desvio ou de recirculação do feixe de partículas, através do ou dos meios aceleradores, cada meio acelerador sendo alimentado por pelo
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31/34 menos uma fonte de potência a qual pode ser alimentada por pelo menos um modulador, esse modulador sendo alimentado por uma fonte alta tensão HT.
[0085] No caso de um acelerador linear com onda hiperfroqüfrequência progressiva ou estacionária, por exemplo, em faixa S com 3 Gigahertz (GHz), um feixe de elétrons de energia ajustável em uma faixa compreendida entre 1 MeV [l,6xl0~13 Joules] e 50 MeV [ 8x10~12 Joules ] e de corrente média 100 μΑ pode ser utilizado como radiação ionizante. Qualquer outro tipo de acelerador da mais alta ou mais baixa froqüfrequência ou mesmo DC, isto é, eletrostática (isto é, um acelerador de tensão contínua) pode ser utilizado tanto que a faixa de energia e a corrente média correspondem aos valores anteriormente indicadas. Por exemplo, o feixe é pulsado a uma froqüfrequência (f) ajustável compreendida entre 5 HZ e 200 HZ com uma duração de impulso (d) ajustável entre 0,05 ps e 4,5 ps e de amplitude mínima de 100 mA.
[0086] Para os raios X, é necessário que o acelerador seja mais potente, capaz de acelerar um feixe primário de elétrons de intensidade média superior a 1 mA. Esse acelerador pode ser um acelerador linear com cavidade em cobre, ou um acelerador linear supracondutor, ou qualquer outro tipo de acelerador correspondente as exigências do resultado esperado objeto da presente invenção.
[0087] No caso de um acelerador linear que compreende uma cavidade em cobre, ele é pulsado a froqüfrequências (f) superiores a 200 Hz, com uma duração de impulso (d) de pelo menos 5 ps e uma intensidade crista de pico de pelo menos 1 A. Ele pode ser constituído de várias cavidades aceleradoras
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32/34 em série, cada uma alimentada por sua própria fonte de potência alta froqüfrequência (HF) . As fontes de potência podem ser meios de amplificação, compreendendo uma câmara de vácuo e permitindo realizar amplificações de meios e elevadas potências com faixa estreita em hiperfroqüfrequências, por exemplo, os klystrons, e esses meios de amplificação são eles próprios alimentados por moduladores clássicos ou com estado sólido.
[0088] Para fornecer um feixe pulsado à froqüfrequência (f) ajustável, uma duração de impulso (d) ajustável e uma amplitude de pico de corrente crista ajustável, a fonte de feixe do acelerador compreende um canhão de elétrons DC ou eletrostático (isto é, um canhão de elétron de tensão continua) de tipo triodo ou de tipo fotocatodo acionado por laser ou de tipo plasma acionado por eletrodo ou por laser. Pode tratar-se, por exemplo, de um canhão de alta tensão DC com catodo termo—iônicotermo iônico com grade. O catodo é levado a um potencial negativo de uma dezena a várias dezenas de quilovolts. O anode permanece no potencial de massa, notadamente 0 V (zero volt) . A grade exerce então o papel de acionador, sendo levada a um potencial negativo e inferior de uma deseja ou de uma centena de voltesvolts em relação ao catodo para não emitir e um potencial, mas superior àquele do catodo para emitir. A amplitude da corrente cristado pico da corrente emitida pelo catodo depende de sua diferença de potencial em relação aquele da grade. Impulsos com froqüfrequência (f) ajustável, com duração (d) ajustável e com amplitude de tensão ajustável são enviados sobre a grade em fase com os impulsos alta
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33/34 tensão (HT) de alimentação do catodo para gerar um feixe pulsado desejado e injetado para a aceleração das partículas nas cavidades alta frogüfreguência (HF) do acelerador.
[0089] O dispositivo, de acordo com a invenção, apresenta vantagem de oferecer ao operador a possibilidade de programar o tipo de radiação ionizante, a energia da radiação o fluxo de dose de radiação ionizante absorvida e/ou a liberar, e a duração da irradiação ou a dose de irradiação ionizante com absorção e/ou a liberar.
[0090] Ele permite liberar de maneira controlada e precisa e de maneira desejada via a interface homem-máquina, de forma inteligente, elevadas doses de radiação ionizante de pelo menos 0,01 Gy, até mesmo 0,25 Gy com uma precisão de pelo menos 1 pGy, de preferência, 1 nGy, com energias em uma faixa compreendida entre 1 MeV [l,6x!0~13 Joules] e 50 MeV [ 8x10~12 Joules 1 , em instantes muito breves tipicamente compreendidos entre 0,1 ps e 100 ms, de preferência, 100 ps, até mesmo 1 ms.
[0091] Ele permite também, para outras aplicações, liberar, de maneira controlada e precisa, e de maneira desejada, via a interface homem-máquina, elevados fluxos de doses de radiação ionizante até 250 Gy/s, a energias em faixas compreendidas entre 1 MeV [l,6x!0~13 Joules] e 50 MeV [ 8x10~12 Joules ] , em instantes muito breves de pelo menos 50 ns, para fins de radioterapia e/ou radiobiologia.
[0092] Vê-se, portanto, que é possível realizar, de forma industrial, uma máquina de radioterapia e/ou de radiobiologia confiável capaz de liberar uma elevada dose
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34/34 precisa e prescrita de radiação ionizante, por exemplo, de 10 Gy, em tempos muito curtos, por exemplo, 100 ms.
[0093] Contrariamente aos preconceitos que consistiam em crer que é impossível conceber uma máquina de radioterapia capaz de fornecer os desempenhos descritos antes, a invenção apresentada aqui permite mostrar que, utilizando-se a máquina descrita nessa invenção, é possível resolver o problema anteriormente citado.
[0094] A presente invenção não está de modo nenhum limitada aos modos de realização descritas e representadas, mas o técnico saberá aí fornecer qualquer variante, conforme o seu espírito.

Claims (8)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Dispositivo de irradiação com radiação ionizante, notadamente para a radioterapia e/ou a radiobiologia, caracterizado pelo fato de compreender simultaneamente pelo menos:
    - um meio de emissão de radiação ionizante (MER), compreendendo:
    o pelo menos uma fonte de partículas que compreende pelo menos:
    um catodo e um anodo, ou um plasma;
    um meio de acionamento de emissão de partículas, notadamente uma grade ou um eletrodo ou um laser e um meio de aceleração de um feixe de partículas; e o um sistema de controle de impulso de potência
    - um meio de detecção de dose de radiação ionizante (MDD) compreendendo um detector;
    - um meio de controle de dose (MCD), configurado para controlar o acionamento e a parada do meio de emissão de radiação ionizante (MER), compreendendo:
    o uma eletrônica de controle (EC), o um amplificador e/ou um atenuador que amplifica e/ou atenua um sinal emitido pelo detector;
    o um integrador que integra durante a duração da emissão esse sinal amplificado e/ou atenuado; e o um comparador que compara continuamente esse sinal integrado às convenções da dose prescrita (CDA) prédeterminada por um operador;
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  2. 2/5
    - um sistema de controle e de comando (SCC), comportando:
    o um sistema de controle funcional (SCF) dos diferentes elementos desse dispositivo, compreendendo:
    uma interface homem-máquina (IHM);
    ferramentas de visualização; e meios de utilização configurados para que um operador programe, de forma controlada e desejada e de forma precisa, em uma única vez, a natureza da radiação, o fluxo de dose absorvido de radiação ionizante, uma duração da emissão da radiação ionizante, o regime impulsional;
    - o dispositivo em que esses meios (MER, MDD, MCD) e esse sistema (SCC) são configurados para liberar e controlar doses de radiação ionizante de pelo menos 0,01 Gy com precisão de pelo menos 1 pGy a 1 nGy, a energias compreendidas entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x1012 Joules], durante instantes compreendidos entre 0,1 ps e 100 ms,
    - o sistema de controle de impulso de potência do meio de emissão de radiação ionizante (MER) ser configurado para produzir um feixe de partículas, isto é, uma radiação ionizante, de energia, em uma faixa compreendida entre 1 MeV [1,6x10-13 Joules] e 50 MeV [8x10-12 Joules], pulsado a uma freqüência (f) compreendida entre 5 Hz e 1000 Hz com uma duração de impulso (d) de pelo menos 1 ns e para liberar um fluxo de dose absorvida de pelo menos 0,01 Gy/s entre 0,01 Gy/s e 1000 Gy/s;
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  3. 3/5
    - a eletrônica de controle (EC) do meio de controle de dose (MCD) ser configurada para controlar uma dose liberada durante pelo menos 0,1 μs a 100 ms; e
    - o detector ser um detector ultra-rápido, acoplado ao meio de controle de dose (MCD), configurado para detectar uma dose de radiação ionizante em pelo menos 0,01 ns e com fluxos de dose de pelo menos 0,01 Gy/s a 1000 Gy/s.;
    2. Dispositivo de irradiação com radiação ionizante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o meio de emissão de radiação ionizante (MER) ser um acelerador de partículas que compreende uma fonte de potência e um sistema de controle, esse sistema de controle de impulso, estando diretamente ligado por meio de controle de dose (MCD) , de forma a parar automaticamente a fonte de potência, quando a dose absorvida, detectada e medida tiver atingido um valor prescrito e pré-determinado pelo operador via a interface homem-máquina (IHM), essa interface homem-máquina (IHM) compreender, além disso, um posto de comando (PC) e um programa de gestão de interface de visualização.
    3. Dispositivo de irradiação com radiação ionizante, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o meio de aceleração ser com onda hiperfreqüência, ou com indução, ou eletrostático.
  4. 4. Dispositivo de irradiação com radiação ionizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de o meio de emissão de radiação (MER) compreender, além disso, vários meios de acelerações montados em série e/ou intercalados de meios de desvio ou de recirculação do feixe de partículas através desse ou desses
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    4/5 meios de acelerações, cada um sendo alimentado por pelo menos uma fonte de potência.
  5. 5. Dispositivo de irradiação com radiação ionizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de o detector ser um semicondutor, notadamente, o diamante sob a forma monocristalina ou policristalina, puro ou dopado, ou carboneto de silício, compreendido entre dois eletrodos de polarização nos bornes dos quais é aplicada uma tensão de alguns volts regulável segundo a espessura do detector via a interface homemmáquina, configurado para se obter um tempo de resposta muito curto de pelo menos 0,01 ns, com fluxos de dose, isto é, de pelo menos 0,01 Gy/s.
  6. 6. Dispositivo de irradiação com radiação ionizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de a eletrônica de controle (EC) do meio de controle de dose (MCD) compreender meios de medida de corrente elétrica, notadamente de um sinal elétrico, produzido pela interação da radiação ionizante com o detector, meios de conversão dessa corrente elétrica em unidade de fluxo de dose absorvida e meios de integração dessa corrente elétrica configurados para medir a dose absorvida acumulada no decorrer da emissão da radiação ionizante.
  7. 7. Dispositivo de irradiação com radiação ionizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de um sinal elétrico ser produzido pelo detector, esse sinal elétrico ser medido e integrado por um electrômetro no decorrer da emissão da radiação, o
    Petição 870190066514, de 15/07/2019, pág. 85/92
    5/5 valor integrado desse sinal elétrico ser diretamente comparado ao valor da dose prescrita e pré-determinada pelo operador via a interface homem-máquina, de forma que, desde que o valor integrado seja superior ou igual ao valor prescrito e pré-determinado, o sinal do sistema de acionamento de emissão de partículas é interrompido para parar, imediatamente a emissão da radiação ionizante, e a fonte de tensão em pelo menos 1 ns.
  8. 8. Dispositivo de irradiação com radiação ionizante, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de o detector compreender um ou vários quadrantes ou setores ou voxels produzindo, cada um, um sinal de detecção (SDA) e configurados para permitir deduzir de seus sinais de detecção (SDA) informações que caracterizam a posição, a forma e/ou a energia do feixe de radiação ionizante que os atravessa, por um lado, e de forma a controlar e regular o feixe de radiação ionizante, notadamente sua posição, sua forma e/ou sua energia, por outro lado.
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