ES2575140T3 - Acelerador lineal de protones vertical auto-blindado para terapia de protones - Google Patents
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Abstract
Un acelerador lineal de protones que incluye una pluralidad de componentes (10) de acelerador dispuestos uno tras otro, comprendiendo dichos componentes de acelerador una fuente (11) de protones y una pluralidad de unidades (15, 17) de aceleración, y que incluye adicionalmente una estructura reticular (20) de soporte para soportar dichos componentes de acelerador, estando dicha estructura de soporte conformada como un prisma con una sección transversal poligonal y teniendo una pluralidad de caras laterales (21) que unen extremos opuestos del prisma, en el que dicha estructura de soporte está dispuesta concéntricamente con respecto a dichos componentes de acelerador, estando dicho acelerador caracterizado porque una pluralidad de losas (30) de blindaje de material de blindaje contra la radiación están montadas en respectivas aberturas (23) formadas en dichas caras laterales de la estructura de soporte.
Description
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DESCRIPCION
Acelerador lineal de protones vertical auto-blindado para terapia de protones Antecedentes de la invencion
La presente invencion se refiere a un aparato para aceleracion lineal de protones para terapia de protones.
La terapia de protones es un tipo de terapia de particulas que usa un haz de protones para irradiar el tejido enfermo, con mas frecuencia en el tratamiento del cancer. La principal ventaja de la terapia de protones es la capacidad de localizar con mas precision la dosis de radiacion en comparacion con otros tipos de radioterapia de haz externa.
En el pasado y en el presente, se han seguido varios enfoques tecnicos para el acelerador que produce el haz de protones. Principalmente se han usado aceleradores circulares, como ciclotrones (o sincrociclotrones) y sincrotrones.
Tambien se han propuesto diferentes tipos de aceleradores como aceleradores lineales, y estan actualmente en desarrollo en algunos centros de investigacion (Italia, CERN).
Uno de los principales problemas en contra de la difusion de la terapia de protones se relaciona con el coste de la instalacion. A pesar de la calidad indudablemente superior del tratamiento de protones frente a la radioterapia de rayos X, la diferencia de costes entre una instalacion de terapia de protones y la mejor instalacion de rayos X sigue siendo demasiado alta para permitir una amplia difusion del tratamiento de la terapia de protones.
El coste de una instalacion de terapia de protones esta estrictamente relacionado con el trazado de las instalaciones. El coste del acelerador cubre solo una pequena porcion (normalmente alrededor del 20-30%) de los costes generales, la mayor parte se debe a las infraestructuras, la construccion, el blindaje y la electricidad.
El principal inconveniente de los aceleradores circulares para su uso en las instalaciones de terapia de protones se debe simplemente al trazado de planta que se requiere, y especialmente al pesado blindaje requerido para el funcionamiento de esos aceleradores. Estos aceleradores pierden normalmente particulas de alta energia que generan radiacion dispersa en el entorno (neutrones y rayos X).
En los ciclotrones y sincrociclotrones una particula se acelera en los circulos para la energia deseada y luego se expulsa de la maquina mediante un proceso de extraccion cuya eficacia no es mayor del 70%. Asi que algun haz de alta energia se queda dentro del acelerador. Los aceleradores circulares son maquinas muy pesadas, con pesos del orden de 200 a 500 toneladas y con un rango de diametro de 2 a 6 metros dependiendo de si esta construido con bobinas superconductoras o con bobinas conductoras normalmente. La energia del haz se fija a la energia maxima admisible de modo que para irradiar a los pacientes con una energia inferior se tiene que usar un degradador externo. Esto, al mismo tiempo degrada tambien la calidad del haz, de tal manera que se necesita un filtro de emitancia que transmite solo el 70% -10% de la corriente generada, en funcion de los parametros de degradacion de energia.
A diferencia de los aceleradores circulares, los aceleradores lineales, conocidos tambien como "linac”, no hacen circular la particula, sino que las particulas pasan por una serie de cavidades resonantes dispuestas linealmente.
Un acelerador lineal se compone de dos elementos esenciales. El resonador, que tiene la funcion de acelerar las particulas, y el sistema de enfoque, que se usa para contener y confinar el haz de particulas.
Las ventajas principales de un linac para su aplicacion en la terapia de protones consisten en la dimension del acelerador, que es bastante pequena en las dimensiones transversales mientras que se expande en dimension longitudinal.
Lo que es mas, en un linac la transmision de particulas de menor a mayor energia puede producirse practicamente sin perdidas de particulas. Estas dos caracteristicas se combinan de modo fructifero, de modo que se obtenga un acelerador que se puede blindar facilmente simplificando los requisitos de radio proteccion.
El documento US 4392080 divulga un acelerador lineal de particulas de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
Sumario de la invencion
Es un objeto de la presente invencion proporcionar un acelerador lineal de protones que se puede instalar en areas con espacios limitados.
Por ello, la invencion propone un acelerador lineal de protones que incluye una pluralidad de componentes de
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acelerador dispuestos uno tras otro, comprendiendo dichos componentes de acelerador una fuente de protones y una pluralidad de unidades de aceleracion, incluyendo ademas dicho acelerador una estructura de soporte reticular para soportar dichos componentes de acelerador, estando dicha estructura de soporte conformada como un prisma con una seccion transversal poligonal y teniendo una pluralidad de caras laterales que unen los extremos opuestos del prisma, en el que dicha estructura de soporte esta dispuesta concentricamente con respecto a dichos componentes de acelerador, y en el que esta montada una pluralidad de losas de blindaje de material de blindaje contra la radiacion en las respectivas aberturas formadas en dichas caras laterales de la estructura de soporte.
La estructura de soporte de la presente invencion permite que el linac se ubique en cualquier direccion, incluso verticalmente, siendo las estructuras ligeras y faciles de montar. Por lo tanto, se puede concebir un linac vertical. Tal linac se puede ubicar en una torre con tan solo la sala de tratamiento bien situada en el sotano de un centro hospitalario existente. Esta disposicion, que no es posible con cualquier otro tipo de acelerador, si no es un linac, pueden resolver los problemas de instalacion en areas con espacio limitado.
Breve descripcion de los dibujos
Se describira ahora una realizacion preferida, pero no limitante, de la invencion, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 es una vista lateral esquematica en alzado que muestra un acelerador lineal de protones de acuerdo con la invencion; y
- la figura 2 es una vista esquematica en perspectiva de un segmento del acelerador de la figura 1.
Descripcion detallada
Con referencia a la figura 1, se muestra un acelerador lineal de acuerdo con una realizacion preferida de la invencion. Este acelerador comprende convencionalmente una pluralidad de componentes 10 de acelerador dispuestos uno tras otro y rigidamente conectados entre si, de modo que formen una unica estructura de cadena. En particular, dichos componentes de acelerador comprenden una fuente 11 de protones, preferiblemente una fuente de protones de microondas o duoplasmatron que proporciona un haz impulsado de protones de hasta 40 keV, un inyector 13, preferiblemente un inyector tetrapolo de radiofrecuencia (RFQ) que trabaja en el intervalo de frecuencias de RF de entre 350 MHz y 750 MHz y que aumenta la energia del haz de protones en el intervalo de 3-5 MeV, y una pluralidad de unidades 15, 17 de aceleracion, preferiblemente un segmento acoplado lateral de tubo de deriva de linac (SCDTL) de 3 GHz compuesto por diversas unidades 15 de SCDTL, que aumenta la energia del haz de protones hasta una energia en el intervalo de 30 a 70 MeV, seguido de un segmento acoplado de cavidad de linac (CCL) de 3 GHz compuesto por diversas unidades de CCL, que aumenta la energia del haz de protones hasta de 230 a 250 MeV.
En las unidades 15 de SCDTL, la focalizacion provendria de tener tanques cortos compuestos por unas pocas celulas cada uno y una focalizacion teatrapola entre los tanques.
En el CCL, con el fin de enfocar el haz, las celulas se ponen juntas en tanques de longitud limitada (un tanque contiene normalmente entre 14 y 20 celulas de aceleracion) y entre los tanques se colocan tetrapolos permanentes (PMQ); el campo electromagnetico pasa de un deposito al siguiente mediante un acoplador de puente.
La potencia para el linac completo sera proporcionada por varias unidades de potencia de RF (no mostradas). Cada unidad de potencia estara compuesta por un modulador y un klystron. La potencia se suministra a los tanques de aceleracion mediante el sistema de red de RF.
El acelerador lineal de protones de acuerdo con la invencion incluye adicionalmente una estructura reticular 20 de soporte para soportar los componentes 10 de acelerador. Como se muestra claramente en la figura 2, la estructura 20 de soporte esta conformada como un prisma con una seccion transversal poligonal, en particular cuadrada, y tiene una pluralidad de caras laterales 21 que unen los extremos opuestos del prisma. Desde el punto de vista estructural, la estructura 20 de soporte se compone de una red de haces interconectados de modo que formen un bastidor en forma de prisma. Tal disposicion de haces define una pluralidad de aberturas 23 en las caras laterales 21 del prisma. En la realizacion mostrada en los dibujos, estas aberturas estan configuradas como ventanas de forma cuadrada.
La estructura 20 de soporte esta dispuesta concentricamente con respecto a los componentes 10 de acelerador. Se proporcionan medios de conexion (no mostrados) entre al menos algunos de los componentes 10 de acelerador y la estructura 20 de soporte, para conectar el acelerador lineal a la estructura 20 de soporte y permitir que el acelerador lineal este soportado por la estructura 20 de soporte.
En particular, el acelerador lineal y la estructura 20 de soporte estan ubicados verticalmente. Por ejemplo, pueden estar instalados dentro de un eje formado en un edificio de varios pisos tal como una torre. Con este fin, la estructura
20 de soporte esta equipada con una pluralidad de mensulas laterales 25 extendiendose lateralmente desde, e integral con, la estructura 20 de soporte; por medio de las mensulas laterales 25, la estructura 20 de soporte se apoya en los diversos pisos F del edificio de varios pisos.
5 Las salas de tratamiento (no mostradas) se conforman dentro de un sotano B del edificio; se proporciona una linea de transporte del haz compuesta de dipolos y tetrapolos magneticos en el extremo de salida (inferior) del acelerador lineal para suministrar el haz de protones a las salas de tratamiento.
El acelerador lineal de protones compacto auto-blindado para terapia de protones esta equipado en la realizacion 10 preferida con un blindaje local de radiacion que impide el flujo de salida de la radiacion espuria (neutrones, rayos gamma) generada en la estructura por las muy escasas perdidas del haz.
El blindaje local de radiacion (mostrada en la figura 2) son losas 30 de material de blindaje contra la radiacion montadas en las aberturas 23 formadas en las caras laterales 21 de la estructura 20 de soporte. El material de 15 blindaje contra la radiacion se selecciona preferiblemente de entre el grupo que consiste en material hidrogenado, cadmio, plomo o cualquier combinacion de estos. Las losas 30 de blindaje estan ubicadas muy cerca de los componentes 10 de acelerador y estan montadas en el bastidor 20.
Claims (6)
- 51015202530REIVINDICACIONES1. Un acelerador lineal de protones que incluye una pluralidad de componentes (10) de acelerador dispuestos uno tras otro, comprendiendo dichos componentes de acelerador una fuente (11) de protones y una pluralidad de unidades (15, 17) de aceleracion, y que incluye adicionalmente una estructura reticular (20) de soporte para soportar dichos componentes de acelerador, estando dicha estructura de soporte conformada como un prisma con una seccion transversal poligonal y teniendo una pluralidad de caras laterales (21) que unen extremos opuestos del prisma, en el que dicha estructura de soporte esta dispuesta concentricamente con respecto a dichos componentes de acelerador, estando dicho acelerador caracterizado porque una pluralidad de losas (30) de blindaje de material de blindaje contra la radiacion estan montadas en respectivas aberturas (23) formadas en dichas caras laterales de la estructura de soporte.
- 2. Un acelerador de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicha fuente de protones es una fuente de protones de microondas o duoplasmatron.
- 3. Un acelerador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos componentes de acelerador comprenden adicionalmente un inyector (13), preferiblemente un inyector tetrapolo de radiofrecuencia, dispuesto tras la fuente de protones.
- 4. Un acelerador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichas unidades de aceleracion comprenden una pluralidad de unidades de linac laterales acopladas (15) de tubo de deriva y una pluralidad de unidades de linac acopladas (17) de cavidad.
- 5. Un acelerador de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho acelerador y dicha estructura de soporte estan ubicados verticalmente.
- 6. Un acelerador de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que dicha estructura de soporte se va a instalar dentro de un edificio de varios pisos, y esta equipada con una pluralidad de mensulas laterales (25) que se extienden lateralmente desde la estructura de soporte, proporcionandose dichas mensulas laterales para soportar la estructura (20) de soporte en respectivos pisos del edificio de varios pisos.
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