WO2020021315A1 - Dispositivo adaptable a equipos de radioterapia externa que concentra la dosis en el blanco con foco variable - Google Patents

Dispositivo adaptable a equipos de radioterapia externa que concentra la dosis en el blanco con foco variable Download PDF

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Rodolfo Gabriel Figueroa Saavedra
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Definitions

  • the present invention relates to the radiotherapy industry.
  • the present invention relates to a method and device that allows to obtain concentrated radiotherapy in the area to be treated (white), allowing to guide and locate the focus of dose concentration in a continuous and less invasive manner, within a given area, without having the need to displace the patient, achieving an increase in efficacy to reach tumors that are difficult to access by reducing collateral damage to healthy organs.
  • External radiotherapy equipment that uses linear accelerators has different modalities and ways of applying radiation, be it electron or photon, they are characterized by having different degrees of freedom, associated with mechanical devices, to achieve a higher level of dose concentration in A certain target or tumor.
  • the superposition of the radiation fields generated thanks to the movement of the gantry, the head and the treatment table is used, which implies a degree of freedom in rotation and 4 degrees of freedom due to the displacement of the treatment message, C, U, Z and rotation. That is, 6 degrees of freedom.
  • each field can change its shape and shape its intensity thanks to a multi-sheet device.
  • VMAT volumetric arc therapy
  • an external device or accessory is presented to the existing radiotherapy equipment and method, which allows to deliver an additional degree of freedom, to concentrate the focus X-rays continuously and less invasively at a point determined by the operated, without the need to displace the patient, thereby obtaining a higher dose concentration and a better arrival of said X-rays to tumors of difficult access, and avoiding the concentration of the X-ray in unwanted places, which generate harmful effects to the patients.
  • the present device does not require refrigeration systems.
  • the present device and method is able to capture the electron beam from a LINAC for clinical use, deflect it away from its optical axis or incidence line then close it which generates an S-shaped path that at its end points in the direction of the isocenter or focus. If this beam is impacted on a thin target of a high atomic number material, such as tungsten or tungsten "W” or lead "Pb", photons produced by Bremsstrahalung emitted preferentially towards the isocenter are produced, if these X-rays generated in the target, are collimated by a collimator that points towards the same isocenter, a narrow photon beam is achieved in the direction of the focus, or “beamlef.
  • the “S” electron path is rotated with respect to the optical axis of the system with an angular velocity greater than 2p rad / s generating a cone of photon radiation in which the rotating beamlet always points to the isocenter, and cuts the optical axis there.
  • This beamlet by rotating the system, produces the superposition, and consequent concentration of creep and dose in the isocenter zone.
  • the technical problem to be solved is the incorporation of a convergent device at the head outlet of a linear electron accelerator for clinical use (LINAC), with minimal intervention.
  • LINAC linear electron accelerator for clinical use
  • the present device and method has an efficiency and efficiency greater than those a way that maximizes production and a target that does not need refrigeration which also allows it to be built in Pb that is much less expensive than W traditionally used, since white does not have to withstand high temperatures due to its large size and Pb is equally efficient in the production of X-rays.
  • Pb is malleable, easy to work and can be achieved in large dimensions.
  • the target of the device can also be constructed in other materials, including W.
  • X-ray mirrors Another characteristic with respect to existing devices, is that they can be built with X-ray mirrors, is that they only reach about 50 keV, in the present device it can have a higher energy range. Also starting from low energies, for Generation of soft X-rays (20-50 keV) to ortho voltage voltages (100-500 keV). This last range allows more penetrating X-rays and with a higher photon production rate than those of the low energy range.
  • Conventional X-ray generators are formed by an electron emitting device and a point target which in turn is the anode, in the case of the present device it is essentially formed by three elements: an electron gun, a large target of particular design and a convergent collimation system (Figure 1)
  • An advantage of the electron deflector system of the present device is that it can do so by using permanent high intensity magnets, generally the baffles are conceived with electromagnets.
  • the magnets of the present device allow the electron beam to be deflected at a great angle near 60 ° to 90 ° or more, allowing a large reduction in the dimensions of the device in the original direction of the beam. This fact is essential for the adaptation of the device at the head exit of a clinical LINAC and allows the incorporation of a patient despite the limited space from the head exit to the isocenter, 42 cm in one of the commercial devices and 48 cm for the other competitor.
  • Another advantage of this modality is that it is not necessary to operate the LINAC with an energy greater than 4 MeV because the maximum dose is more dependent on the geometry than on the energy, therefore the LINAC device to be used can work at its lower energy (4 or 6 MeV) during treatment, which prevents the generation of neutrons that appear at energies above 10 MeV, thus avoiding the peripheral dose generated by neutrons in healthy organs and a bunker with lower requirement of shielding, as well as a lighter device.
  • this invention in its device that also has a series of other accessories that make it up, and in themselves constitute inventions within the main invention, and the absence of external power makes the main version of what is proposed here represents A complete, compact and autonomous novelty. Although it can also be conceived an option with electromagnets with conventional power supply and cable communication.
  • Figure 10 Main deflection system, and electron guide, with perspective A and side B views.
  • Figure 11 Structure of the main deflection system, and electron guide, with perspective views A and lateral B.
  • Figure 12 Deflection system long box version, with perspective views A, with box B and side section C.
  • Figure 13 Short box version deflection system, with perspective views A and side section B.
  • Figure 14. Fixed beam tube, with perspective views (A) and side views (B).
  • Figure 15. Fixed beam tube with rectangular or square section, with perspective views (A) and side views (B).
  • FIG. Telescopic beam tube, with perspective (A) and side (B) views.
  • FIG. Beam tube with flexible tube, with perspective views (A) and side views (B).
  • FIG. Telescopic beam tube and flexible tube, with perspective views (A) and side views (B).
  • FIG. Telescopic beam tube with final opening, with perspective (A) and side (B) views.
  • Figure 20 Curved section disk with white ring, with perspective (A) and side (B) views.
  • Figure 21 Disc with ventilation element with perspective (A) and side (B) views.
  • Figure 22 Striated disc as a ventilation element with perspective (A) and side (A) views.
  • Figure 23 Flat disk with shield groove, with perspective views (A) and axial section (B).
  • Figure 24 Disc with groove that completely encloses the quadrupole with shielding in it, with perspective views (A) and axial section (B).
  • Figure 25 Fixed version focus control device, with perspective views (A) and axial section (B).
  • FIG. 26 Focus control device focus modification version with fixed displacement and angle of incidence, with perspective views (A) and axial section (B).
  • FIG. 27 Focus control device focus modification version with variable displacement and angle, with perspective views (A), (B) and axial section (C).
  • Figure 28 Collimator, with perspective views (A) and axial section (B).
  • Figure 30 Main shield, with perspective views (A) and axial section (B).
  • Figure 31 Detail of target area with section views of Figure 1 (A) and zoom (B).
  • Figure 32 Detail of target area with description of movements with zoom view.
  • Figure 33 Connection to external energy by ring and brushes.
  • FIG. 34 Wireless connection via bluetooth and battery.
  • Figure 35 Diagram of the communication and control system.
  • Figure 36 Scheme of electron beam interruption device.
  • Figure 37 Permanent magnet of perpendicular incidence (A: isometric view, B: frontal view, C: posterior view and D: view of an exploded view).
  • FIG 38 Permanent magnet of oblique incidence (A: isometric view, B: front view, C: rear view and D: view of an exploded view in isometric).
  • Figure 39 Monoblock permanent magnet holder
  • Figure 40 Detail of permanent magnet magnetic quadrupole.
  • FIG 41 Detail of a circular magnetic dipole with permanent magnet focus.
  • Figure 43 Cut face magnet for aces correction Figure 44. Deflection system scheme, with cut face magnets, as correction elements.
  • the device consists of the following main parts:
  • the invention consists of the following: a coupling means (A) by which the accelerator electrons enter, this coupling means is basically a tray (1) that fits in shape and means to which each brand or model is currently used Accelerator, also has cavities and a central hole with window (6). It is followed by a turning device (B) whose central axis (5) is hollow and is fixed to the coupling means by means of fixing (4) such as bolts, so that the electrons can enter, the motor (8) and the pulleys (9) are fixed in the cavities of the coupling means.
  • the deflection system (103) consisting of a rotating structure (17), thanks to the previous turning device;
  • This system that deflects and aligns the electron beam is formed by two magnetic deflectors with high intensity permanent near 1 T, the first (13) opens the electron beam and the second closes (14), two quadrupoles with permanent magnets ( 15) and (18) at the exit of each one of them aligns them, since you have experienced a small angular dispersion when passing through each dipole magnet.
  • Focus coils (75) can also be included between the magnet (13) and the quadrupole (18).
  • a collimation and shielding system (20) (E) allows the X-rays generated in the ring to be collimated in the direction of the focus and the rest is absorbed by the shield.
  • the coupling and entry means of the electrons is formed by a metal plate (1) of similar characteristics to the coupling means that each device already has according to its brand, as shown in Figure 4, the adjusted coupling and entry system to a type of commercial device and in Figure 5 the one used by another commercial brand and in general this coupling means is the same, so it can be adapted with minor modifications of size and shape according to the brand used. It also has cavities (a, b) and a central hole and holes with wires to be able to anchor to the turning device by bolts. 1. Turn system
  • the main version of the turning device is attached by means of fastening means (4), such as bolts, to the coupling and entry means of the electrons (A) consists of a set of pieces formed by: a central axis (5) is hollowed out which allows the rotation of the system, entrance window (6), and the passage of electrons, with bearings (3) to facilitate and fix the rotation, with a support to the central axis (2) that allows to contain the bearings, with a gear (7) that is part of the central shaft, a coupling flange (8) that allows fixing to the deflection system (103), a gear belt (9) that connects to the gear motor (10) through a pulley with gears (1 1), which is tensioned by another pulley (40) with shaft that can slide through the rail (41) into a groove that is fixed by a screw (42).
  • This whole set allows the rotating movement of the electron beam, which is described below.
  • FIG. 1 Another preferred configuration of the turning device described above is based on an adaptation of the rotation system of the LINAC head itself.
  • the rotation system is above the coupling device (A) and the deflection system is practically attached to the latter.
  • the LINAC exit window must be removed or replaced by another that can be retracted in the concentration mode, see Figure 9. 2. Deflection system and electron guide
  • the main version consists of two permanent deflector magnets and two permanent magnetic quadrupole and / or focusing dipoles, the first one is a fixed deflector magnet that opens the beam (13) and goes obliquely to the direction of the incident beam of Electrons at the exit of this is a quadrupole magnetic device (15) that aligns the output beam, also built with permanent magnets.
  • the electrons are conducted through a tube of non-magnetic material in the form of S (16) to the vacuum that passes through the different devices, entering through the first deflector magnet until it exits the quadrupole (18) at the exit of the second deflector magnet. See Figure 10.
  • the structure on which the deflection system is mounted has a clamping ring with holes (43) that joins the coupling flange (8) of the rotation system shown in Figure 11.
  • FIG. 42 A scheme of a base deflection configuration with the two deflectors with the permanent magnets and the beam correction elements is shown in Figure 42. This beam correction can also be performed by cutting on one or more faces of the base magnets, as shown in Figure 43. A schematic configuration of magnets with cuts without correction elements of the electron beam is shown in Figure 44.
  • Another preferred configuration (long box) of the deflection system described above is formed by the same deflector magnets, quadrupoles and / or dipoles with permanent magnets, and these units go in a vacuum compartment (45) that adapts to the configuration of the magnets, the first central deflector magnet (13) is attached to the entrance wall of the long outer shell (45) and is perpendicular to the direction of the incident beam and with the second inclined magnet (14), as shown in Figure 12 .
  • Another preferred configuration (short box) of the deflection system described above is with a short outer shell (48) with the two inclined magnets being smaller in terms of volume, such as that shown in Figure 13.
  • Another preferred configuration of the deflection system described above is that the fixed and cylindrical beam tube (16) with windows at its ends (68), such as the one shown in Figure 14.
  • the tube is telescopic and cylindrical (70), such as the one shown in Figure 16.
  • the tube is flexible (71), such as the one shown in Figure 17.
  • the tube is telescopic and flexible (72), such as that shown in Figure 18.
  • the tube is telescopic and cylindrical, with a fixed final opening that allows an angular range of the electron beam rotation options (73), such as the one shown in the Figure 19.
  • This system consists of a disc of curved section (26) of a thermal conductive material, Cu or Al, which is attached to the rotating structure by means of bearings (29), which allows it to rotate with respect to it and with respect to the rigid structure external, that is to say cantilever.
  • a thin ring (19) formed by a metal of high atomic number (Z), W or Pb on its outer perimeter.
  • Z high atomic number
  • W high atomic number
  • the impact of the electrons in the white ring generates heat, in most X-ray equipment including the LINAC, the heat generated in a small area of the order a few square millimeters in the impact zone, which is necessary to extract from there by a water cooling system.
  • the target is a ring inserted in a plate (disk) of a conductive material, all this heat is distributed over a much larger area, water cooling is not necessary and therefore the heat can be extracted by air, for this the same rotary system can serve as cantilever disc fan or white a ventilation blade (49) can serve that purpose Figure 21, this sheet can also be fixed to the counterweight piece (34).
  • Another preferred disk configuration may have grooves, fins or protuberances on its surface so as to improve heat exchange with the heat dissipating air, as shown in Figure 22.
  • Another preferred configuration of dissipating disk similar to that of the original case, can be flat and only the part of the target is inclined.
  • heatsink disk can be flat and only the part of the target inclined and inserted into a groove of about 2 or 5 cm (depending on the energy), the electron outlet tube enters, provides self shielding, as shown in the
  • dissipating disk can be flat and only the part of the target inclined and inserted into a larger groove in which the complete quadrupole that has armor enters and joins externally to the collimator, thus improving the armor, as shown in Figure 24.
  • dissipating disk has a double curved section, the center of the disk is flat and one side is bent upwards, an inclined ring is formed and the final edge containing a groove is bent down.
  • Figure 45 this shape allows a better use. the space shortening the length of the device
  • This system allows to vary the position of the concentration point of the X radiation or focus, although by default this focus is located in the isocenter of the LINAC.
  • the movement of the focus around the isocenter makes it possible to sweep the dose within the tumor, better known as the "dose paintincf” technique that is not used in this type of accelerator, but thanks to this invention it is possible to carry out.
  • Focus modification version with fixed incidence angle in this case it is possible to achieve focus shift simply by moving the magnet 2 (14) away from the axis rotation for this is enough to move it with a motor (12) along the line the path that is established after passing the magnet 1 (13). This movement is made in conjunction with the quadrupole 2 (18) that is fixed to the magnet 2 (14), likewise the collimator is also moved along the rail (21) by a second motor (22), which performs the same displacement, as shown in Figure 26.
  • Variable focus version with offset and variable angle adds to the previous one the ability to rotate the magnet 2 with a motor (53) and together with that rotate the quadrupole (18) and the collimator (25), in addition to those of displacement.
  • This option is the most complete and in turn more complex and uses at least six stepper motors, as shown in Figure 27.
  • This collimation and shielding system (F) is formed by a cylindrical collimator (25) similar to that used in stereotactic radiosurgery adjusted to lower energy of LINAC operations (6 MeV), since for larger energy larger size is required . That is, the dose concentration mode is recommended at the lowest operating energies of the LINAC. In this way, less powerful magnets are required to perform beam deflection and less shielding, all this translates into cost and space.
  • the collimator has an internal or septa channel (54) Figure 28 and is mounted to a support (23) as shown in Figure 29.
  • the shield (20) depends on which option is used, for the basic option, angle and fixed focus, a channel can be included in it on the white disk as shown in Figure 23 (B) or Figure 24.
  • this option is the option of focus modification with displacement and / or variable angle
  • Figure 31 shows a part of Figure 3 (A) and a zoom (B) that shows a detail of how the assembly of the invention goes in the part where the X-rays are generated, armored and coliman.
  • Figure 32 shows how the displacements are there, this example is valid for the version of focus control by means of displacement and fixed angle.
  • the system as a whole is controlled by software that establishes the operating conditions in conjunction with the LINAC operation coordinated the different modes of operation according to the treatment plan that is established.
  • the angular speed of rotation are controllable stepper motors, the braking of electrons, the position of the focus and the angle of the cone of rotation.
  • the power to power the motors found in the rotating unit can be directly managed by an external source through a rotary connector (58), which can be “brushes” Figure 33 that connect to two rings conductors (59) that are concentric and surround the coupling means (A).
  • wireless is via bluetooth (35), this last option is simpler from the mechanical point of view, since it introduces an element of Electronic communication without physical connectors with respect to the previous option.
  • batteries can be used that can be housed in a compartment (31) located in the arm (30) of the rotation device that supports the counterweight (34) Figure 34.
  • an external software for general operation mode control changes the mode of operation allowing the electron dispersion sheet to be removed, so that the electron beam passes freely by air, which will generate a slight braking of the order of 2% to 5% and dispersion of electrons that reduces creep by 8% to 10%, for a LINAC of 6 MeV, in a standard model of a manufacturer This slight reduction is not significant with respect to the beam at the output of the reduction waveguide of the dispersion sheet Figure 35.
  • Another preferred configuration of the device has a unit for the braking of electrons (61), this allows to add rapid radiation cuts in certain angular positions that follows the first quadrupole which is quick to activate. It has sheets, one or more, metal (62) that close and open magnetically or with one more fast-acting stepper motors (63) Figure 36.
  • Permanent magnets of high intensity and in the form of parallelepipeds of reduced dimensions of 2.5 x 2.0 x 5.0 cm were used (the shape and dimensions of the magnets are only referential and can be different) with a surface field of 0.6 Tesla, however, for a spacing of 10 mm and a length of 2 cm requires a field close to 1 T to have a deflection at the exit of the magnets close to 90 °. This requirement is impossible to achieve in traditional configurations that use iron and between iron as a field zone.
  • Figure 39 a permanent monoblock magnet holder for placing the permanent magnets of the magnetic deflectors is shown in Figure 39.
  • Figure 40 shows the detail of the permanent magnet magnetic quadrupole used in this proposal and
  • Figure 41 shows the detail of a circular magnetic dipole with a permanent magnet focus.
  • Weight and dimensions are determined by the size of the external radiotherapy equipment to which it could be adapted as to the operating energy, typically 6 MeV is a very common energy used in the different types of accelerators known, but it is also possible to work With energy lower than 4 MeV, this allows to reduce the weight compared to a device working at 6 MeV. For a 6 MeV device, a weight of about 50 kg has been estimated and for one of 4 MeV, this weight could be reduced by about 40 kg, due to the smaller amount of material destined for shielding.
  • the outer diameter of the device ranges from 85 to about 30 cm in diameter and approximately 20 cm long, depending on the outside diameter of the LINAC head of the company under consideration. All these dimensions include the armor that must be used in the target area and its weight only varies depending on the energy according to what is indicated above. Another element that also adds weight to the device is the collimator, the size of this unit is dependent on the energy to be used and its length varies between 4 and 6 cm for 4 and 6 MeV, respectively.
  • the size and weight can be further reduced if the LINAC's operating energy can be reduced below 4 MeV and the operating principle and ways of controlling the rotating beam, remains the same as described in the previous cases, for all The options described.
  • This invention consists of an ionizing radiation fluency concentrator device (100) of variable focus adaptable to a high energy electron source of a device of external radiotherapy with linear accelerator, to focus and guide the focus in a continuous and less invasive way, within a given area, which comprises: a coupling structure that joins the external radiotherapy device with linear accelerator with an external structure (101) , whose central axis (5) is hollow with an input window (6) through which electrons and anchoring means enter to attach to the turning device by means of fastening means (4); a turning system that joins the coupling structure with an coupling flange (8) rotates an inner structure (102); an electron deflection system (103) that is in the inner structure (102), wherein the deflection system (103) comprises, a first and a second magnetic deflection device (13, 14); and some electron beam correction elements (104); a heat dissipation disk (26) is rotatably attached to the inner structure (102), wherein said disk (26) comprises a white ring (19) where
  • the turning device comprises; bearings (2) or bushings, a gear belt (9) connects a gear motor (10) with the central shaft gear (7) that is fixed to the coupling structure by bolts (4), the gear belt ( 9) it is tensioned by another pulley (40), with a sliding shaft to a rail groove (41), which is fixed by bolts or screws (42).
  • the turning device is completely constructed with gears (1 1), (9) which are connected directly to the gear motor (10) with the central gear (7); where the gear (7) is part of the central shaft (5).
  • the mechanism of the turning device is placed above the coupling device.
  • the magnetic electron deflection system (103) is formed by a first magnetic deflection device (13) that deflects the electron beam between 60 ° and 100 ° with respect to the direction of the incident electron beam (or optical axis) and a second magnetic deflection device (14), of inverse polarity to the first magnetic deflection device (13), diverts electrons to a focal point located on the optical axis, which comprise magnets that have a joint intensity between 0.3 T and 1 T, where the entire magnetic deflection system (103) is fixed to a support structure (17).
  • a magnetic path alignment quadrupole (15, 18) of the path electron beam (18) and / or dipole (88) that aligns the electron beam is positioned at the exit of each magnetic deflection device.
  • At least one magnetic dipole (88) is positioned that focuses the path of the electron beam.
  • a magnetic dipole (88) is positioned that focuses the path of the electron beam.
  • the deflection system (103) goes in a vacuum outer shell (45), which adapts to the configuration of the magnets, where the first magnetic deflection device (13) is attached to the wall of entrance of the box in perpendicular direction to the incident beam of electrons and the second magnetic deflection device
  • the magnetic deflection devices (13, 14) are inclined so that the electron beam emerges from the first magnetic deflection device (13) and deflects at an angle close to 90 °.
  • the magnetic deflection devices (13, 14) are constructed with permanent magnets (64) or are constructed with electro magnets.
  • each magnetic deflection device (13, 14) is formed of two magnets (64), where each magnet has a magnetic field strength between 0.2 T and 0.7 T located facing their opposite poles in its polar faces, a non-magnetic lateral support support (65), with an elongated hole in the central area, allow the magnets (64) to be positioned thanks to projections that prevent them from joining together; C-shaped field closure element (66), located on the sides of the magnets, close the magnetic circuit.
  • the magnetic deflection devices (13, 14) have a non-magnetic part with a non-magnetic support with central support (67), so that when the electron beam enters laterally through the area of the central hole of at least one of the magnetic deflection device (13, 14) the beam exits the same face where it entered.
  • the device (100) uses quadrupoles (15, 18) manufactured with permanent magnets and / or the at least one dipole (88) is manufactured with permanent magnets or the electron beam correction elements (104), comprise quadrupoles (18) and magnetic dipoles (88) based on permanent magnets.
  • the magnetic deflection devices (13, 14) have an intensity greater than 0.5 T and more preferably, the magnetic deflection devices (13, 14) have an intensity greater than 1 T.
  • the shape of the pair of permanent magnets that make up the magnetic deflection devices (13, 14) are curved and irregular cuts on one of their faces (91, 92).
  • the magnetic deflection devices (13, 14) have at least one curved field closure element (94), which also comprise at each of its distal ends a curve.
  • the magnetic deflection devices (13, 14) are electrically energized by means of a rotary contact (58) connected by conductive rings (59) which are connected to the electrical terminals of the head of the external radiotherapy device.
  • the device (100) has a non-magnetic S-shaped vacuum electron tube (16) with windows (68) at its ends, where the windows (68) are made of beryllium or other heat conducting materials.
  • the device (100) has a fixed rectangular tube S (69), in another preferred configuration, it has a telescopic tube (70) and cylindrical or has a flexible tube (71), which allows changing the angle of the second bends or has a flexible and telescopic tube (72) that allows you to change the angle and separation of the second curve from the first or has an open-ended telescopic tube (73), which allows different angular outputs between 15 ° and 45 °, according to the intensity of the field.
  • the device (100) is of fixed focus and comprises the magnetic deflection devices (13, 14), at least one quadrupole (82) and / or at least one dipole (88) and a collimator (25) they have fixed positions relative to each other, which are previously established and uses a disc of conductive material (Cu or Al) with shield groove (51) and fixed shield.
  • the focus control system comprises a first stepper motor (12) that moves the second magnetic deflection device (14) along a rail of the second magnet (74) in the same direction of the electron beam as emerges from the first magnetic deflection device (13), one of the electron beam correction elements (104) is fixed to the second magnetic deflection device (14) by means of a connecting element (75); a second stepper motor (22) moves the collimator (25) that goes under the heat dissipation disk (26) in the same distance.
  • the focus control system preferably comprises a first stepper motor (12) that moves the second magnetic deflection device (14) along a rail of the second magnet (74) in the same direction of the electron beam emerging from the First magnetic deflection device (13), and other motors (36, 53, 54, 55) allow a pivotal rotation of the second magnetic deflection device (14) in conjunction with one of the electron beam correction elements (104) and the collimator (25), which goes under the heat dissipation disk (26).
  • a first stepper motor (12) that moves the second magnetic deflection device (14) along a rail of the second magnet (74) in the same direction of the electron beam emerging from the First magnetic deflection device (13), and other motors (36, 53, 54, 55) allow a pivotal rotation of the second magnetic deflection device (14) in conjunction with one of the electron beam correction elements (104) and the collimator (25), which goes under the heat dissipation disk (26).
  • the heat dissipation disk (26) is of curved section and of conductive thermal material, is attached to the structure by means of a rotating disk support shaft (27) by means of bearings (28) contained in a disk axis base (29 ), which allows it to rotate with respect to it and with respect to the external rigid structure, in a white ring (19) proximal to the perimeter of the disk (26), the electrons impact, where the white ring (19) is manufactured by a atomic number metal (Z)> 38.
  • the material of the heat dissipation disk (26) is copper or is aluminum or tin or titanium or brush or mixture thereof.
  • the heat dissipation disk (26) is flat in its central part and the lateral part is inclined and inserted into a groove in which one of the elements of the deflection system (103) that has armor and it is attached externally to the collimator by means of a support (90).
  • the heat dissipation disk (26) has a doubly curved section (93).
  • the heat dissipation disk (26) is a ventilation vane (49) fixed to the disk shaft base (29), wherein the disk (26) also comprises protrusions for ventilation (50) to improve the thermal dissipation and to further improve thermal dissipation, it also includes an external fan to improve thermal dissipation.
  • the device (100) also comprises a counterweight (105) and control system, comprising a counterweight support (30), a stepper motor (32), a counterweight (34), wireless communication means, a Wireless communication compartment (35) with a control compartment (33) for stepper motor control, and battery compartment (31) that energizes all the devices that are rotating, also includes a dynamic beam brake (61) of electrons, which has metal sheets (62) and a solenoid (63) makes the cuts of the electron beam in certain positions controlled by a control software.
  • a non-magnetic mono block (81) carries permanent magnets for electron beam magnetic deflection devices.
  • the electron deflection system (103) is in an open environment, which allows the entry of air or the same that is not empty.
  • this comprises a first operation control, which controls the operation of the LINAC to enable the operation plan, a second control to control the rotation speed and the stepper motors that allow the variation of the position of the focus and the device that cuts the electron beam.
  • Electron beam correction elements 104. Electron beam correction elements

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Abstract

Un dispositivo concentrador de fluencia de radiación ionizante (100) de foco variable adaptable a una fuente de electrones de alta energía de un dispositivo de radioterapia externa con acelerador lineal, para focalizar y guiar el foco de manera continua y menos invasiva, dentro de una zona determinada, que comprende: una estructura de acople que une al dispositivo de radioterapia externa con acelerador lineal con una estructura exterior (101); un sistema de giro que se une a la estructura de acople con una brida de acople (8) hace girar una estructura interior (102); un sistema de deflexión (103) de electrones que está en la estructura interior (102), en donde el sistema de deflexión (103) comprende, un primer y un segundo dispositivo de deflexión magnética (13, 14); y unos elementos corrección de haz de electrones (104); un disco (26) de disipación térmica, que comprende un anillo blanco (19) en donde impactan los electrones provenientes del sistema de deflexión (103) en el perímetro del anillo, generándose allí los rayos X; un blindaje (20); un sistema de control de foco, que está en el sistema de deflexión (103) de electrones, que comprende un sistema electrónico de control (31) que controla un conjunto a los motores (12, 22) que generan desplazamientos coordinados del segundo dispositivo de deflexión magnética (14), un elemento de corrección y un colimador (25), que permiten cambiar la posición del punto focal; y al menos un diodo laser (74) ubicado en el borde del colimador (25) apuntando hacia el foco permitiendo determinar la posición de haz de rayos X generado.

Description

DISPOSITIVO ADAPTABLE A EQUIPOS DE RADIOTERAPIA EXTERNA QUE CONCENTRA LA DOSIS EN EL BLANCO CON FOCO VARIABLE.
MEMORIA DESCRIPTIVA
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con la industria de la radioterapia. En particular, la presente invención se relaciona con un método y dispositivo que permite obtener radioterapia concentrada en la zona a tratar (blanco), permitiendo guiar y localizar el foco de concentración de dosis de manera continua y menos invasiva, dentro de una zona determinada, sin tener la necesidad de desplazar al paciente, logrando un aumento de la eficacia para alcanzar tumores de difícil acceso reduciendo los daños colaterales en órganos sanos.
DESCRIPCIÓN DE LO CONOCIDO EN LA MATERIA
Los equipos de radioterapia externa que utilizan aceleradores lineales poseen diferentes modalidades y formas de aplicar la radiación, ya sea ésta de electrones o fotones, se caracterizan por poseer diferentes grados de libertad, asociados a dispositivos mecánicos, para lograr mayor nivel de concentración de dosis en un determinado blanco o tumor. Para ello, en el caso de fotones X, se utiliza la superposición de los campos de radiación generados gracias al movimiento del gantry, del cabezal y de la mesa de tratamiento, lo que implica un grado de libertad en rotación y 4 grados de libertad debido al desplazamiento de la mensa de tratamientos, C,U, Z y rotación. Es decir, 6 grados de libertad. A esto debe agregarse que cada campo puede cambiar su forma y modelar su intensidad gracias un dispositivo de multi láminas.
Cuando sólo se conforma el contorno de los campos a ser utilizados y se realizada la superposición de éstos se denomina radioterapia 3D, y aún ésta sigue siendo una de la más utilizada hasta la fecha de presentación de la presente solicitud. Si además de conformar los contornos de los campos, se modula la distribución de las intensidades en la sección del campo abierto, esta modalidad se le denomina intensidad modulada o IMRT, y hoy en día es una técnica que cada vez es más utilizada en diferentes centros de radioterapia del mundo. Todo lo anterior, se hace en forma de paso y disparo ( step and shoot) es decir: se dispara un campo, se posiciona, luego se dispara otro, y así sucesivamente hasta completar todos los disparos con diferentes posiciones desplazamientos y ángulos.
Todo esto, también hoy en día, puede ser llevado con sistemas de imágenes en vivo que permiten ver lo que se está tratando, es decir, radioterapia con imagen guiada y además con intensidad modulada (IGRT) y el estado del arte en esta área podría calificarse como conceptualmente similar a lo anterior, pero en movimiento continuo o dinámico y está empezando a ser utilizado en muchos de los centros más avanzados de radioterapia del mundo como una de las técnicas más modernas hasta ahora y se le conoce como terapia de arco volumétrico (VMAT). Por otro lado, los equipos ya no están utilizando los filtros aplanadores de campo, ya que ahora diferencias en fluencia pueden corregirse computacionalmente y con las multi láminas, de modos que los equipos más modernos hacen VMAT y permiten además una mayor entrega de dosis, por tiempo de tratamiento, a fin de acortar la duración de éstos tratamientos.
Todo lo anterior significa que a medida que las técnicas evolucionan, se obtiene una mejora en la distribución de dosis depositada en el tumor logrando que esté mejor conformada y distribuida y con una mayor concentración de dosis en el tumor y con un menor daño en los órganos de riesgo.
Por otra parte, los modernos equipos de radioterapia actualmente permiten además realizar aplicaciones de pequeños campos y tratar a múltiples blancos de tamaño reducidos o metástasis en forma simultánea.
A juzgar por lo expuesto, los equipos de radioterapia externa tradicionales han llegado a un altísimo nivel tecnológico y no se visualizan nuevos y significativos desarrollos como los que han marcado su evolución, sin embargo, aún es posible seguir mejorando la manera en que se aplican los tratamientos de forma tal que sean menos invasivos, más eficaces y aun con menos efectos secundarios.
Existen diversas patentes relacionadas al desvío de haces de electrones, como por ejemplo la US6181771 B1 , que presenta una fuente de rayos X si bien es cierto tiene un emisor para la producción de un haz de electrones y un ánodo en el que el haz de electrones incide en un punto focal de rayos X o eje óptico, y un sistema basado en campos magnéticos que produce un campo dipolar y un campo cuadrupolar, que en conjunto actúan para desviar y enfocar el haz de electrones en el target (blanco) o eje óptico sin embargo esta patente de Los Estados Unidos de América no soluciona el problema técnico de focalizar y guiar los rayos-X generados en el target, en resumen es muy diferente a la planteada y no concentra a los rayos-X, como la planteada en esta invención .
SOLUCIÓN AL PROBLEMA TÉCNICO
Para subsanar el problema planteado, se presenta un dispositivo o accesorio externo al equipo de radioterapia ya existente y método, que permite entregar un grado de libertad adicional, para concentrar el foco los rayos X de manera continua y menos invasiva en un punto determinado por el operado, sin tener la necesidad de desplazar al paciente, obteniendo con ello una mayor concentración de dosis y una mejor llegada de dichos rayos X a tumores de difícil acceso, y evitar la concentración del rayo X en lugares no deseados, que generan efectos nocivos a los pacientes. Además, el presente dispositivo, no requiere de sistemas de refrigeración.
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓN
El presente dispositivo y método es capaz de captar el haz de electrones proveniente de un LINAC de uso clínico, deflectarlo alejándolo de su eje óptico o línea de incidencia luego cerrarlo lo cual genera una trayectoria con forma de S que en su extremo apunta en la dirección del isocentro o foco. Si este haz se hace impactar en un blanco delgado de un material de número atómico alto, tal como el Wolframio o tungsteno“W” o el plomo“Pb” se producen fotones por Bremsstrahalung emitidos preferencialmente hacia el isocentro, si estos rayos X generados en el blanco, son colimados por un colimador que apunta hacia el mismo isocentro, se logra un haz de fotones estrecho en la dirección del foco, o“beamlef. La trayectoria en forma de“S” de electrones se hace rotar respecto del eje óptico del sistema con una velocidad angular mayor que 2p rad/s generando un cono de radiación de fotones en el que el beamlet rotante apunta siempre al isocentro, y corta el eje óptico allí. Este beamlet, al rotar el sistema, produce la superposición, y consecuente concentración de fluencia y dosis en la zona del isocentro.
Al aplicar este cono de radiación, producido en forma dinámica por el beamlet rotante a un maniquí de agua (cubo de agua que simula al tejido humano), de modo que la zona del isocentro del cono de rotación quede en el interior de éste, estudios previos (1 , 2) han demostrado que se alcanza un depósito mayor de dosis en el isocentro y bajos niveles de dosis en la zona de entrada del cono de radiación, similar al efecto logrado con el dispositivo de haz convergente patentado por este mismo autor (3). La diferencia fundamental de esta innovación, respecto de la anterior, radica en la forma en la que se logra el control del haz de electrones y la gran capacidad de adaptabilidad del presente dispositivo a los equipos ya existentes, generando un accesorio de gran utilidad y bajo consumo, ya que se suma su capacidad todas las beneficios de los equipos existentes, al concentrar la dosis aún más en el tumor y disminuirla aún más en los tejidos sanos, resaltando así lo que se aporta con un elemento nuevo, que será de gran interés comercial para las empresas competidoras.
Aunque hoy en día existen diversos dispositivos comerciales de rayos- X de haces divergente esencialmente, y existen otros dispositivos convergentes de rayos X, capaces de generar un haz aproximadamente convergente gracias a dos mecanismos principales; uno de ellos mediante un sistema formado por un conjuntos de espejos multicapas circulares cónicos concéntricos, otros gracias a pequeñas refracciones en materiales (reflexión total interna, posible para energías en torno a 50 keV) metálicos que pueden generar una pequeña deflexión, todo ellos de baja energía muy por debajo de las que se utilizan en los aceleradores lineales, ni son adaptables a un LINAC ni logran solucionar el problema técnico planteado.
El problema técnico a resolver es la incorporación un dispositivo convergente en la salida del cabezal de un acelerador lineal de electrones de uso clínico (LINAC), con mínima intervención.
A diferencia de lo conocido en el arte previo, el presente dispositivo y método posee una eficiencia y eficacia mayor que aquellos una forma que maximiza la producción y un target que no necesita refrigeración lo que además le permite ser construido en Pb que es mucho menos costoso que W usado tradicionalmente, ya que el blanco no tiene que soportar altas temperaturas debido a su gran tamaño y el Pb es igualmente eficiente en la producción de rayos-X. Otra ventaja del Pb es que es maleable, fácil de trabajar y se puede conseguir en grandes dimensiones. No obstante, el blanco del dispositivo también puede ser construido en otros materiales, incluido el W.
Otra característica respecto de los dispositivos existentes, es que pueden construirse con espejos de rayos X, es que éstos sólo llegan a unos 50 keV, en el presente dispositivo puede tener un rango de energía más alto Igualmente partiendo también desde las energías bajas, para la generación de rayos X blandos (20-50 keV) hasta energía de orto voltajes(100- 500 keV). Este último rango, permite rayos X más penetrantes y con una mayor tasa de producción de fotones que los del rango de baja energía. Los generadores de rayos X convencionales están formados por un dispositivo emisor de electrones y un blanco puntual que a su vez es el ánodo, en el caso del presente dispositivo está formada esencialmente por tres elementos: un cañón de electrones, un blanco de gran tamaño de particular diseño y un sistema de colimación convergente (Figura 1 )
En resumen, las principales ventajas y diferencias del dispositivo que aquí se presenta son:
1 . La manera en que se genera la concentración de dosis.
2. Uso de imanes permanentes de alta intensidad (0,3 T a 1 T).
3. El mayor rango de energía (1 a 6 MeV).
4. su eficacia y eficiencia optimizada.
5. su material, Plomo o Wolframio.
6. su robustez y simplicidad.
7. bajo costo.
Una ventaja del sistema de deflector de electrones del presente dispositivo es que lo puede hacer mediante el uso de imanes permanentes de alta intensidad, por lo general los deflectores son concebidos con electroimanes. Los imanes del presente dispositivo permiten desviar el haz de electrones en un gran ángulo cercano 60° a 90° o más, permitiendo una gran reducción en las dimensiones del dispositivo en la dirección original del haz. Este hecho, es esencial para la adaptación del dispositivo en la salida del cabezal de un LINAC de uso clínico y permite la incorporación de un paciente a pesar de lo limitado de este espacio desde la salida del cabezal al isocentro, 42 cm en uno de los dispositivos comerciales y 48 cm para el otro competidor.
Otra ventaja que reviste esta modalidad, es que no es necesario operar el LINAC con una energía mayor que 4 MeV debido a que la máxima dosis es más dependiente de la geometría que de la energía, por lo tanto el dispositivo LINAC a utilizar puede trabajar a su energía más baja (4 o 6 MeV) durante el tratamiento, lo cual impide la generación de neutrones que aparecen a energías por sobre los 10 MeV, evitándose así la dosis periférica generada por neutrones en los órganos sanos y un bunker con menores requerimiento de blindaje, como así también un dispositivo más liviano.
En resumen, esta invención, en su dispositivo que posee además de una serie de otros accesorios que lo conforman, y en sí constituyen invenciones dentro de la invención principal, y la ausencia de alimentación externa hacen la versión principal de lo que aquí se propone representa una completa, compacta y autónoma novedad. Aunque también puede concebirse una opción con electroimanes con alimentación eléctrica convencional y comunicación por cable.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Antes de describir cada uno de los dibujos, se incluye la lista numérica de cada uno elementos descritos en las figuras.
Figura 1 Vista resumida de la invención
Figura 2. Esquema general de la invención vista en perspectiva.
Figura 3. Esquema general de la invención vista en corte
Figura 4. Medio de acople al LINAC en una alternativa comercial Figura 5. Medio de acople al LINAC, en otra alternativa comercial.
Figura 6 Dispositivo de giro en vista en corte general.
Figura 7. Dispositivo de giro con dos vistas en perspectiva.
Figura 8. Dispositivo de giro en versión con motor por encima con vistas en lateral y en perspectiva Figura 9. Dispositivo de giro en versión con al sistema de rotación del LINAC, con vistas en perspectiva A y lateral B.
Figura 10. Sistema de deflexión principal, y guía de electrones, con vistas en perspectiva A y lateral B.
Figura 11. Estructura del sistema de deflexión principal, y guía de electrones, con vistas en perspectiva A y lateral B.
Figura 12. Sistema de deflexión versión caja larga, con vistas en perspectiva A, con caja B y corte lateral C.
Figura 13. Sistema de deflexión versión caja corta, con vistas en perspectiva A y corte lateral B. Figura 14. Tubo de haz fijo, con vistas en perspectiva (A) y lateral (B). Figura 15. Tubo de haz fijo con sección rectangular o cuadrada, con vistas en perspectiva (A) y lateral (B).
Figura 16. Tubo de haz telescópico, con vistas en perspectiva (A) y lateral (B).
Figura 17. Tubo de haz con tubo flexible, con vistas en perspectiva (A) y lateral (B).
Figura 18. Tubo de haz telescópico y tubo flexible, con vistas en perspectiva (A) y lateral (B).
Figura 19. Tubo de haz telescópico con apertura final, con vistas en perspectiva (A) y lateral (B).
Figura 20. Disco de sección curva con anillo blanco, con vistas en perspectiva (A) y lateral (B).
Figura 21. Disco con elemento de ventilación con vistas en perspectiva (A) y lateral (B).
Figura 22. Disco estriado como elemento de ventilación con vistas en perspectiva (A) y lateral (A).
Figura 23. Disco plano con surco de blindaje, con vistas en perspectiva (A) y corte axial (B).
Figura 24 Disco con surco que contiene al completamente al cuadrupolo de salida con blindaje en el mismo, con vistas en perspectiva (A) y corte axial (B).
Figura 25. Dispositivo de control del foco versión fija, con vistas en perspectiva (A) y corte axial (B).
Figura 26. Dispositivo de control del foco versión modificación de foco con desplazamiento y ángulo de incidencia fijo, con vistas en perspectiva (A) y corte axial (B).
Figura 27. Dispositivo de control del foco versión modificación de foco con desplazamiento y ángulo variable, con vistas en perspectiva (A), (B) y corte axial (C).
Figura 28. Colimador, con vistas en perspectiva (A) y corte axial (B).
Figura 29. Soporte colimador.
Figura 30. Blindaje principal, con vistas en perspectiva (A) y corte axial (B).
Figura 31. Detalle de zona del blanco con vistas de corte de Figura 1 (A) y zoom (B). Figura 32. Detalle de zona del blanco con descripción de los movimientos con vista en zoom.
Figura 33. Conexión a energía externa mediante anillo y escobillas.
Figura 34. Conexión inalámbrica mediante bluetooth y batería.
Figura 35. Esquema del sistema de comunicación y control. Figura 36. Esquema de dispositivo de interrupción del haz de electrones.
Figura 37. Imán permanente de incidencia perpendicular (A: vista isométrica, B: vista frontal, C: vista posterior y D: vista de un despiece en isométrica).
Figura 38. Imán permanente de incidencia oblicua (A: vista isométrica, B: vista frontal, C: vista posterior y D: vista de un despiece en isométrica). Figura 39. Porta imanes permanentes monoblock
Figura 40. Detalle de cuadrupolo magnético de imanes permanentes.
Figura 41. Detalle de un dipolo magnético circular de enfoque de imán permanente.
Figura 42. Esquema del sistema de deflexión, básico con elementos corrección
Figura 43. Imán de cara cortada, para la corrección de ases Figura 44. Esquema del sistema de deflexión, con Imanes de cara cortada, como elementos corrección.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Tal como se muestra en las figuras 1 y 2, el dispositivo está formado por las siguientes partes principales:
A. Medio de acople e ingreso de electrones
B. Dispositivo de giro
C. Sistema de deflexión y guía de electrones
D. Anillo/Disco para generación de fotones y disipación térmica
E. Sistema de control del foco y guía F. Sistema de colimación y blindaje.
La invención consiste de lo siguiente: un medio de acople (A) por el cual ingresan los electrones del acelerador, este medio de acople es básicamente una bandeja (1 ) que se ajusta en forma y medios a las que corrientemente utilizan cada marca o modelos de acelerador, posee además cavidades y un agujero central con ventana (6). Le sigue un dispositivo de giro (B) cuyo eje central (5) es hueco y se fija al medio de acople mediante medios de fijación (4) tal como pernos, para que los electrones puedan entrar, el motor (8) y las poleas (9) se fijan en las cavidades del medio de acople. Más abajo va el sistema de deflexión (103) que consiste en una estructura que gira (17), gracias al dispositivo de giro anterior; este sistema que deflecta y alinea el haz electrones está formado por dos deflectores magnéticos con permanentes de alta intensidad cercana a 1 T, el primero (13) abre el haz de electrones y el segundo lo cierra (14), dos cuadrupolos con imanes permanentes (15) y (18) a la salida de cada uno de ellos los alinea, ya que haz experimenta una pequeña dispersión angular al pasar por cada imán dipolar. También puede incluirse bobinas de enfoque (75) entre el imán (13) y el cuadrupolo (18). Los electrones que emergen del segundo cuadrupolo, con dirección focal e impactan en un anillo delgado metálico (19) de número atómico alto inserto a un plato (disco) conductor metálico (26) para la disipación térmica (D); el impacto de los electrones genera rayos X, principalmente en la dirección focal del sistema. Un sistema de colimación y blindaje (20) (E) permite que los rayos X generados en el anillo sean colimados en la dirección del foco y el resto sea absorbido por el blindaje. De modo que se tendrá un haz estrecho neto de fotones X ( beamlet ) emergiendo de la salida de colimador (25) en rotación, es decir y apuntando siempre hacia punto focal similar al logrado con un haz convergente de fotones, pero en este caso es un único beamlet en un modo dinámico. La posición del punto focal puede ser modificada gracias un sistema de control del foco y guía (F), éste es modificado gracias al movimiento del segundo imán en conjunto con el movimiento coordinados y del cuadrupolo y del colimador; la guía consiste de un conjunto de fuentes de luz láser que apuntan al foco. El detalle de cada una de estas partes se describe a continuación
1. Medio de acople e ingreso de electrones
El medio de acople e ingreso de los electrones está formado por una placa metálica (1 ) de similares características al medio de acople que ya tiene cada dispositivo de acuerdo a su marca, como se muestra en la Figura 4 el sistema de acople e ingreso ajustado a un tipo de dispositivo comercial y en la Figura 5 el utilizado por otra marca comercial y en general este medio acople es el mismo, por lo que puede ser adaptado con modificaciones menores de tamaño y forma de acuerdo a la marca utilizada. Posee además cavidades (a, b) y un agujero central y orificios con hilos para poder anclarse al dispositivo de giro mediante pernos. 1. Sistema de giro
La versión principal del dispositivo de giro va adosado mediante medios de sujeción (4), tales como pernos, al medio de acople e ingreso de los electrones (A) consiste en un conjunto de piezas formado por: un eje central (5) es ahuecado que permite el giro del sistema, ventana de ingreso (6), y el pasos de los electrones, con rodamientos (3) para facilitar y fijar el giro, con un soporte al eje central (2) que permite contener los rodamientos, con un engranaje (7) que es parte del eje central, una brida de acople (8) que permite la fijación al sistema de deflexión (103), una correa engranje (9) que conecta al moto reductor (10) a través de una polea con engranes (1 1 ), que es tensada por otra polea (40) con eje que puede deslizarse mediante el riel (41 ) en una ranura que es fijado por un tornillo (42). Todo este conjunto permite el movimiento giratorio del haz de electrones, que se describe a continuación. Figura 6 y Figura 7.
Otra configuración preferente del dispositivo de giro descrito arriba es construida completamente con engranajes estos conectan directamente a la moto reductora con el engranaje central, su simplicidad es obvia y no se presente dibujo de esta versión.
Otra configuración preferente del dispositivo de giro descrito arriba se basa en que este va por encima del dispositivo de acople (A) Figura 8, sin embargo, esta opción implica debe ser removida la ventana de salida del LINAC, o reemplazarse esta por otra que pueda retraerse en el modo de concentración esta opción. Implica una mayor intervención sin embargo hay un mejor aprovechamiento del espacio disponible, ganándose alrededor de 8 cm de espacio entre la salida y el isocentro.
Otra configuración preferente del dispositivo de giro descrito arriba se basa en una adaptación del sistema de giro del cabezal del propio LINAC. Al igual que el caso anterior el sistema de giro queda por sobre el dispositivo de acople (A) y el sistema de deflexión queda prácticamente pegado a esta última. Sin embargo, debe ser removida la ventana de salida del LINAC o reemplazarse ésta por otra que pueda retraerse en el modo de concentración, ver Figura 9. 2. Sistema de deflexión v guía de electrones
La versión principal está formada por dos imanes deflectores permanentes y dos cuadrupolo magnéticos permanentes y/o dipolos de enfoque, el primero de ellos es un imán fijo deflector que abre el haz (13) y va en posición oblicua a la dirección del haz incidente de electrones a la salida de éste se encuentra un dispositivo magnético cuadrupolar (15) que alinea el haz de salida, también construido con imanes permanentes. Un segundo imán (14) similar al primero deflecta el haz en dirección contraria, curvándolo hacia el eje, la incidencia de los electrones en este segundo imán es oblicua y éste ocupa la menor distancia posible en la dirección de incidencia. Los electrones son conducidos a través de un tubo de material no magnético con forma de S (16) al vacío que pasa a través de los diferentes dispositivos, entrando por el primer imán deflector hasta salida por el cuadrupolo (18) a la salida del segundo imán deflector. Ver Figura 10. La estructura en la que va montado el sistema de deflexión posee un anillo de sujeción con orificios (43) que se une a la brida de acople (8) del sistema de giro se muestra en la Figura 11.
Cuando un haz filiforme de electrones cuasi mono cromático, pasa por un elementos de deflexión magnética, experimenta una expansión del haz filiforme, debido a los diferentes radios de curvatura que experimentan los electrodes generados por sus diferencia de energía entre los electrones del haz, ya que éste no es 100% monocromático. Un esquema de una configuración base de deflexión con los dos deflectores con los imanes permanente y los elementos de corrección del haz es mostrada en la Figura 42. Esta correción del haz también puede ser realizada mediante cortes en una o más caras de los imanes base, tal como se muestra en la Figura 43. Una configuración esquemática de imanes con cortes sin elementos de corrección del haz de electrones es mostrada en la Figura 44.
Otra configuración preferente (caja larga) del sistema de deflexión descrito arriba está formada por los mismos imanes deflectores, cuadrupolos y/o dipolos con imanes permanentes, y estas unidades van en un compartimento al vacío (45) que se adapta a la configuración de los imanes, el primer imán central deflector (13) está pegado a la pared de ingreso de la carcasa exterior larga (45) y queda perpendicular dirección del haz incidente y con el segundo imán inclinado (14), tal como se muestra en la Figura 12.
Otra configuración preferente (caja corta) del sistema de deflexión descrito arriba es con carcasa exterior corta (48) con los dos imanes inclinados es más reducida en términos de volumen, tal como la que se muestra en la Figura 13. Otra configuración preferente del sistema de deflexión descrito arriba, es con que el tubo de haz (16) fijo y cilindrico con ventanas en sus extremos (68), tal como el que se muestra en la Figura 14.
Otra configuración preferente del sistema de deflexión descrito arriba, es que el tubo fijo y de sección rectangular o cuadrada (69), tal como el que se muestra en la Figura 15.
Otra configuración preferente del sistema de deflexión descrito arriba, es que el tubo es telescópico y cilindrico (70), tal como el que se muestra en la Figura 16.
Otra configuración preferente del sistema de deflexión descrito arriba, es que el tubo es flexible (71 ), tal como el que se muestra en la Figura 17.
Otra configuración preferente del sistema de deflexión descrito arriba, es que el tubo es telescópico y flexible (72), tal como el que se muestra en la Figura 18.
Otra configuración preferente del sistema de deflexión descrito arriba, es que el tubo es telescópico y cilindrico, con una apertura final fija que permite un rango angular las opciones de giro del haz de electrones (73), tal como el que se muestra en la Figura 19.
3. Sistema de generación de fotones v disipación térmica:
Este sistema consiste en un disco de sección curva (26) de un material conductor térmico, Cu o Al, el que va unido a la estructura rotante mediante rodamientos (29), lo que le permite rotar respecto de ésta y respecto de la estructura rígida externa, es decir va en voladizo. Insertados en este disco se encuentra en su perímetro externo un anillo delgado (19) formado por un metal de número atómico (Z) alto, W o Pb Figura 20. Este anillo es el blanco en donde impactan los electrones y allí se generan rayos-X por efecto del Bremsstrahlung, predominantemente. Una adecuada combinación del espesor del material del blanco su alto número atómico y la energía de los electrones permitirá la generación de fotones principalmente en la dirección de incidencia.
El impacto de los electrones en el anillo blanco genera calor, en la mayoría de los equipos de rayos X incluyendo los LINAC, el calor generado en una zona pequeña del orden unos pocos milímetros cuadrados en la zona de impacto, el cual es necesario extraer de allí mediante un sistema de refrigeración por agua. En este caso debido a que el blanco es un anillo insertado en un plato (disco) de un material conductor, todo este calor es distribuido en un área mucho más grande, no se hace necesaria la refrigeración por agua y por tanto el calor puede ser extraído mediante aire, para ello el mismo sistema rotatorio puede servir como ventilador del disco o blanco en voladizo una paleta de ventilación (49) puede sirve para ese propósito Figura 21 , esta lámina también puede fijarse a la pieza de contrapeso (34).
Otra configuración preferente de disco puede presentar estrías, aletas o protuberancias en su superficie de modo de mejorar el intercambio térmico con el aire que disipa el calor, tal como se muestra en la Figura 22.
Otra configuración preferente de disco disipador, similar a la del caso original, puede ser plana y solo la parte del blanco va inclinada.
Otra configuración preferente de disco disipador puede ser plana y sólo la parte del blanco inclinada y metida dentro de un surco de unos 2 o 5 cm (dependiendo de la energía), en el entra el tubo de salida de electrones, le provee auto blindaje, como se muestra en la
Figura 23.
Otra configuración preferente de disco disipador puede ser plana y sólo la parte del blanco inclinada y metida dentro de un surco mayor en que el entra el cuadrupolo completo que tiene blindaje y se une externamente al colimador, de esta forma se mejora el blindaje, como se muestra en la Figura 24.
Otra configuración preferente de disco disipador tiene sección curva doble, el centro del disco es plano y está más abajo un lado se dobla hacia arriba formado un anillo inclinado y el borde final que contiene un surco se dobla abajo Figura 45, esta forma permite aprovechar mejor el espacio acortando el largo del dispositivo
4. Sistema de control del foco
Este sistema permite variar la posición del punto de concentración de la radiación X o foco, aunque por defecto este foco se ubica en el isocentro del LINAC. El movimiento del foco en torno del isocentro permite hacer un barrido de la dosis dentro del tumor, más conocida como técnica de“dose paintincf’ que no se utiliza en este tipo de acelerador, pero gracias a esta invención es posible de llevar a cabo.
Versión base fija, en esta opción las piezas van fijas sin desplazamientos ni rotaciones, es la versión más simple de la invención, como se muestra en la Figura 25 y puede funcionar con el plato (disco) con surco (26).
Versión modificación de foco con ángulo de incidencia fijo, en este caso es posible conseguir desplazamiento del foco simplemente alejando o acercando el imán 2 (14) del eje de rotación para ello basta con moverlo con un motor (12) a lo largo de la línea la trayectoria que se establece luego de la pasar el imán 1 (13). Este movimiento se hace en conjunto con el cuadrupolo 2 (18) que va fijo al imán 2 (14), así mismo el colimador también es desplazado a lo largo del riel (21 ) mediante un segundo motor (22), que realiza el mismo desplazamiento, como se muestra en la Figura 26.
Versión modificación de foco con desplazamiento y ángulo variable: Esta opción agrega a la anterior la capacidad de girar el imán 2 con un motor (53) y junto con eso girar el cuadrupolo (18) y el colimador (25), además de los de desplazamiento. Esta opción es la más completa y a su vez más compleja y utiliza al menos seis motores paso a paso, como se muestra en la Figura 27.
5. Sistema de colimación v blindaje.
Este sistema de colimación y blindaje (F) está formado por un colimador cilindrico (25) similar al utilizado en radiocirugía estereotácsica ajustado a energía más bajas de funcionamientos del LINAC (6 MeV), ya que para energía más altas se requiere mayor tamaño de éste. Es decir, el modo de concentración de dosis, es recomendable a las energías más bajas de operación del LINAC. De este modo se requieren imanes menos potentes para realizar la deflexión del haz y menos blindaje, todo esto se traduce en costo y espacio. El colimador presenta un canal interno o septa (54) Figura 28 y va montado a un soporte (23) como el que se muestra en la Figura 29.
El blindaje (20) depende de cuál opción se utilice, para la opción básica, ángulo y foco fijo, un canal puede un incluido en el en el disco blanco como se muestra en la Figura 23 (B) o Figura 24.
En el caso de no considerarse un canal hay otras zonas que se usan para blindaje, ver Figura 30 esta opción es aplicable la opción de modificación de foco con desplazamiento y/o ángulo variable
En la Figura 31 se muestra una parte de la Figura 3 (A) y un zoom (B) a que se muestra un detalle de cómo va el conjunto de la invención en la parte en donde se generan los rayos X, se blindan y se coliman. En la Figura 32 se muestran como son los desplazamientos allí este ejemplo es válido para la versión de control de foco mediante desplazamiento y ángulo fijo.
Como se mencionó anteriormente, el sistema en su conjunto está controlado por un software que establece las condiciones de operación en conjunto con la operación del LINAC coordinada los diferentes modos de operación de acuerdo al plan de tratamiento que se establezca. Son controlables la velocidad angular de rotación los motores paso a paso, el frenado de los electrones, la posición del foco y el ángulo del cono de rotación.
En una versión, la energía para alimentar a los motores que se encuentra en la unidad rotante puede ser administrada directamente por una fuente externa a través de un conector rotatorio (58), que pueden ser “escobillas” Figura 33 que se conectan a dos anillos conductores (59) que son concéntricos y circundan el medio de acople (A).
Otra configuración preferente es inalámbrica es mediante bluetooth (35), esta última opción es más simple desde el punto de vista mecánico, ya que introduce un elemento de comunicación electrónico sin conectores físicos respecto de la opción anterior. En esta opción pueden utilizarse baterías que pueden alojarse en un compartimento (31 ) ubicado en el brazo (30) del dispositivo de rotación que soporta al contra peso (34) Figura 34.
Esquema de control: Una vez instalado el dispositivo en el cabezal del LINAC un software externo de control general de modo de operación, cambia el modo de operación permitiendo que la lámina dispersora de electrones sea removida, a fin de que el haz de electrones pase libremente por el aire, el cual generará un leve frenado del orden de un 2% a un 5% y dispersión de los electrones que reduce la fluencia en un 8% a un 10% , para un LINAC de 6 MeV, en un modelo estándar de un fabricante. Esta leve reducción no es significativa con la respecto al haz a la salida de la guía de onda reducción de la lámina dispersora Figura 35.
Otra configuración preferente del dispositivo posee una unidad para el frenado de los electrones (61 ), ésta permite agregar cortes rápidos de radiación en determinadas posiciones angulares que va a continuación del primer cuadrupolo la cual es de activación rápida. Posee láminas, una o más, metálicas (62) que se cierran y abren de modo magnético o con uno más motores paso a paso (63) de acción rápida Figura 36.
Uno de los elementos más importantes del desafío tecnológico que permite el éxito esta invención en su mejor versión y que es en definitiva permite que esta pueda ser acoplada a un LINAC de un modo operativo, es la capacidad de la deflexión de electrones que viajan en torno a un 96% de la velocidad de la luz en el vacío, en una distancia longitudinal de dos cm. En general se puede utilizar diferentes tipos de imanes, ya sean éstos electroimanes o permanentes. Se usaron imanes permanentes de alta intensidad y con forma de paralelepípedos de dimensiones reducidas de 2,5 x 2,0 x 5,0 cm (la forma y dimensiones de los imanes son sólo referenciales y pueden ser diferentes) con un campo en superficie de 0.6 Tesla, sin embargo, para un espaciado de 10 mm y un largo de 2 cm se requiere un campo cercano a 1 T para tener una deflexión a la salida de los imanes cercana a los 90°. Este requisito es imposible de lograr en las configuraciones tradicionales que usan hierro y el entre hierro como zona de campo. La clave está en colocar los imanes de frente, cara a cara, con los polos opuestos y valerse del principio de superposición de campos, sin embargo, esto es muy difícil de lograr dada la gran fuerza de atracción cercana a los 200 kg, que se genera cuando los imanes están a solo 10 u 8 mm de distancia entre sí, para lograrlo se usaron unas piezas soporte no magnética (65) como se muestran en las Figuras 37 y 39 (81). En la Figura 38 se muestra la opción con incidencia oblicua requiere de una pieza de soporte diferente (67).
Adicionalmente, se muestran otros dispositivos para armar imanes o que usan imanes, en la Figura 39 se muestra una porta imanes permanentes monoblock para colocar los imanes permanentes de los deflectores magnéticos. En la Figura 40 se muestra el detalle de cuadrupolo magnético de imanes permanentes que se utilizan en esta propuesta y en la Figura 41 se muestra el detalle de un dipolo magnético circular de enfoque de imán permanente.
A fin de evitar que los electrones choquen con los elemento de cierre de campo (66) que cierran el campo, otra opción es con una C curvada (92), tal como se muestra en la Figura 46. Peso y dimensiones: El peso y dimensiones de las dimensiones del dispositivo, están determinados por el tamaño del equipo de radioterapia externa al cual podría adaptarse como a la energía de operación, típicamente 6 MeV es una energía muy común utilizada en los diferentes tipos de aceleradores conocidos, pero también es posible trabajar con energía menores como 4 MeV, esto permite reducir el peso respecto un dispositivo trabajando a 6 MeV. Para un dispositivo de 6 MeV se ha estimado un peso de unos 50 kg y para uno de 4 MeV, este peso podría ser reducido unos 40 kg, por la menor cantidad de material destinado al blindaje. El diámetro exterior del dispositivo va desde 85 a unos 30 cm de diámetro y 20 cm de largo aproximadamente, dependiendo del diámetro exterior de la cabeza del LINAC de la empresa que se considere. Todas estas dimensiones incluyen el blindaje que debe ser utilizado en la zona del blanco y su peso solo varía dependiendo de la energía de acuerdo a lo señalados arriba. Otro elemento que también agrega peso al dispositivo es el colimador, el tamaño de esta unidad es dependiente de la energía a ser utilizada y su largo varía entre 4 y 6 cm para 4 y 6 MeV, respectivamente.
El tamaño y el peso puede ser reducido aún más si la energía de operación del LINAC puede ser reducida por debajo de 4 MeV y el principio de operación y formas de control del haz rotante, sigue siendo el mismo descrito en los casos anteriores, para todas las opciones descritas.
DESCRIPCIÓN DE LAS PARTES Y VARIANTES
Esta invención consiste en un dispositivo concentrador de fluencia de radiación ionizante (100) de foco variable adaptable a una fuente de electrones de alta energía de un dispositivo de radioterapia externa con acelerador lineal, para focalizar y guiar el foco de manera continua y menos invasiva, dentro de una zona determinada, que comprende: una estructura de acople que une al dispositivo de radioterapia externa con acelerador lineal con una estructura exterior (101 ), cuyo eje central (5) es hueco con una ventana (6) de entrada por el cual ingresan los electrones y medios anclaje para adosarse al dispositivo de giro mediante medios de sujeción (4); un sistema de giro que se une a la estructura de acople con una brida de acople (8) hace girar una estructura interior (102); un sistema de deflexión (103) de electrones que está en la estructura interior (102), en donde el sistema de deflexión (103) comprende, un primer y un segundo dispositivo de deflexión magnética (13, 14); y unos elementos corrección de haz de electrones (104); un disco (26) de disipación térmica, está unido rotativamente a la estructura interior (102), en donde dicho disco (26) comprende un anillo blanco (19) en donde impactan los electrones provenientes del sistema de deflexión (103) en el perímetro del anillo, generándose allí los rayos X; un blindaje (20) está unido solidariamente a la estructura interior (102) en la ubicación distal de un contrapeso (34), cubriendo el segundo dispositivo de deflexión magnética (14); un sistema de control de foco, que está en el sistema de deflexión (103) de electrones, que comprende un sistema electrónico de control (31 ) que controla un conjunto a los motores (12, 22) que generan desplazamientos coordinados del segundo dispositivo de deflexión magnética (14), un elemento de corrección y un colimador (25), que permiten cambiar la posición del punto focal; y al menos un diodo láser (74) ubicado en el borde del colimador (25) apuntando hacia el foco permitiendo determinar la posición de haz de rayos X generado. En una configuración preferente, la estructura de acople es una bandeja (1 ) con elementos de sujeción adaptado al LINAC.
En otra configuración preferente, el dispositivo de giro comprende; rodamientos (2) o bujes, una correa con engrane (9) se conecta un moto reductor (10) con el engranaje del eje central (7) que se fija a la estructura de acople mediante pernos (4), la correa con engrane (9) es tensada por otra polea (40), con eje deslizable a una ranura riel (41 ), que es fijada mediante pernos o tornillos (42).
En otra opción el dispositivo de giro es construido completamente con engranajes (1 1 ), (9) los que se conectan directamente al moto reductor (10) con el engranaje central (7); en donde el engranaje (7) es parte del eje central (5).
Además, el mecanismo del dispositivo de giro se coloca por sobre del dispositivo de acople.
El sistema de deflexión (103) magnético de electrones, está formado por un primer dispositivo de deflexión magnética (13) que desvía el haz de electrones entre 60° y 100° respecto de la dirección del haz de electrones incidente (o eje óptico) y un segundo dispositivo de deflexión magnética (14), de polaridad inversa al primer dispositivo de deflexión magnética (13), desvía a los electrones hacia un punto focal ubicado en el eje óptico, los que comprenden imanes que tienen una intensidad conjunta entre 0,3 T y 1 T, en donde, todo el sistema de deflexión (103) magnético se fija a una estructura soporte (17). En una configuración preferente, a la salida de cada dispositivo deflexión magnética se posiciona un cuadrupolo magnético alineador de trayectoria (15, 18) del haz de electrones de trayectoria (18) y/o dipolo (88) que alinea el haz de electrones.
En otra configuración preferente, a la salida del primer dispositivo deflexión magnética
(13) y/o delante de primer cuadrupolo se posiciona al menos un dipolo (88) magnético que enfoca la trayectoria del haz de electrones.
Además, a la salida del segundo dispositivo deflexión magnética (14) se posiciona un dipolo (88) magnético que enfoca la trayectoria del haz de electrones.
En otra configuración preferente, el sistema de deflexión (103) van en una carcasa exterior (45) al vacío, que se adapta a la configuración de los imanes, en donde, el primer dispositivo de deflexión magnética (13) está unido a la pared de ingreso de la caja en dirección perpendicular al haz incidente de electrones y el segundo dispositivo de deflexión magnética
(14) va inclinado a más de 0o, en sentido horario, respecto del primer dispositivo de deflexión (13). Los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) van inclinados de modo que haz electrones emerge del primer dispositivo de deflexión magnética (13) y se desvía en un ángulo cercano a 90°.
En otra configuración preferente, los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) son construidos con imanes permanentes (64) o son construidos con electro imanes.
En otra configuración preferente, cada dispositivo de deflexión magnética (13, 14) está formado de dos imanes (64), en donde cada imán tiene una intensidad de campo magnético entre 0,2 T y 0,7 T ubicados enfrentando sus polos opuestos en sus caras polares, un soporte no magnético de apoyo lateral (65), con un orificio alargado en la zona central, permiten posicionar los imanes (64) gracias a unas saliente que evitan que estos se junten; elemento de cierre de campo (66) con forma de C, ubicado a los lados de los imanes, cierran el circuito magnético.
Además, los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) posee una pieza no magnética con un soporte no magnético con apoyo central (67), de modo que cuando el haz de electrones entra lateralmente por la zona del agujero central de al menos uno de los dispositivo de deflexión magnética (13, 14) el haz sale por la misma cara por donde entró.
En otra configuración preferente, el dispositivo (100) utiliza cuadrupolos (15, 18) fabricados con imanes permanentes y/o el al menos un dipolo (88) es fabricado con imanes permanentes o los elementos corrección de haz de electrones (104), comprenden cuadrupolos (18) y dipolos (88) magnéticos basados en imanes permanentes.
En otra configuración preferente, los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) tienen una intensidad mayor a 0,5 T y más preferente, los dispositivos de deflexión magnéticos (13, 14) tienen una intensidad mayor a 1 T.
En otra configuración preferente, la forma del par de imanes permanentes que conforman los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) son de cortes curvos e irregulares en unas de sus caras (91 , 92).
Los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) poseen al menos un elemento de cierre de campo curvo (94), los que además comprenden en cada uno de sus extremos distales una curva. En otra configuración preferente, los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) son energizados eléctricamente mediante un contacto rotatorio (58) que lo conectan anillos conductores (59) los que van conectados con los terminales eléctricos del cabezal del dispositivo de radioterapia externa.
El dispositivo (100), posee un tubo de electrones al vacío con forma de S (16) no magnético con ventanas (68) en sus extremos, en donde las ventanas (68) son de berilio o de otros materiales conductores de calor.
El dispositivo (100), posee un tubo S fijo rectangular (69), en otra configuración preferente, el posee un tubo S telescópico (70) y cilindrico o posee un tubo flexible (71 ), el que permite cambiar el ángulo de la segunda curva o posee un tubo flexible y telescópico (72) que le permite cambiar el ángulo y la separación de la segunda curva respecto de la primera o posee un tubo telescópico de salida abierta (73), que permite diferentes salidas angulares entre 15° y 45°, de acuerdo a la intensidad del campo.
En otra configuración preferente, el dispositivo (100) es de foco fijo y comprende los dispositivos de deflexión magnética (13, 14), al menos un cuadrupolo (82) y/o al menos un dipolo (88) y un colimador (25) presentan posiciones fijas unos respectos de los otros, las que son previamente establecidas y utiliza un disco de material conductor (Cu o Al) con surco de blindaje (51 ) y blindaje fijo.
En otra configuración preferente, el sistema de control del foco comprende un primer motor (12) paso a paso que mueve el segundo dispositivo de deflexión magnética (14) por un riel del segundo imán (74) en la misma dirección del haz de electrones que emerge del primer dispositivo de deflexión magnética (13), uno de los elementos de corrección de haz de electrones (104) se fija al segundo dispositivo de deflexión magnética (14) mediante un elemento de unión (75); un segundo motor (22) paso a paso mueve en igual distancia al colimador (25) que va bajo el disco (26) de disipación térmica.
Además, el sistema de control del foco preferentemente comprende un primer motor (12) paso a paso que mueve el segundo dispositivo de deflexión magnética (14) por un riel del segundo imán (74) en la misma dirección del haz de electrones que emerge del primer dispositivo de deflexión magnética (13), y otros motores (36, 53, 54, 55) permiten un giro pivotantes del segundo dispositivo de deflexión magnética (14) en conjunto con uno de los elementos de corrección de haz de electrones (104) y el colimador (25), que va bajo el disco (26) de disipación térmica. En otra configuración preferente, el disco (26) de disipación térmica es de sección curva y de material térmico conductor, va unido a la estructura mediante un eje soporte disco (27) rotante mediante rodamientos (28) contenidos en una base eje disco (29), lo que le permite rotar respecto de ésta y respecto de la estructura rígida externa, en un anillo blanco (19) proximal al perímetro del disco (26), impactan los electrones, en donde el anillo blanco (19) es fabricado por un metal de número atómico (Z) > 38.
En otra configuración preferente, el anillo blanco (19) es embebido dentro de otro material térmicamente conductor que es una cubierta filtro de electrones (57) por arriba y por abajo del anillo blanco (19) o del mismo material del disco (26), o el anillo blanco (19) es fabricado de plomo (Z=81 ) o el anillo blanco (19) es fabricado de tungsteno, o el anillo blanco (19) es fabricado de tungsteno o plomo o plata u oro o estaño, o mezcla de ellos.
En otra configuración preferente, el material del disco (26) de disipación térmica es cobre o es aluminio o estaño o titanio o broce o mezcla de ellos.
En otra configuración preferente, el disco (26) de disipación térmica es plano en su parte central y la parte lateral es inclinada y metida dentro de un surco en que el entra uno de los elementos del sistema de deflexión (103) que tiene blindaje y se une externamente al colimador mediante un soporte (90).
Además, el disco (26) de disipación térmica tiene una sección doblemente curvada (93).
En otra configuración preferente, el disco (26) de disipación térmica hay una paleta de ventilación (49) fija a la base eje disco (29), en donde el disco (26) además comprende unas protuberancias para ventilación (50) para mejorar la disipación térmica y para mejorar aún más disipación térmica, además comprende un ventilador externo para la mejorar la disipación térmica.
El dispositivo (100), además comprende de un sistema de contrapeso (105) y control, que comprende un soporte contrapeso (30), un motor paso a paso (32), un contrapeso (34), unos medios de comunicación inalámbrica, un compartimento de comunicación inalámbrica (35) con un compartimento de control (33) de control de los motores paso a paso, y compartimento de baterías (31 ) que energiza todos los dispositivos que van en rotación, además comprende un freno dinámico haz (61 ) de electrones, que posee láminas metálicas (62) y un solenoide (63) realiza los cortes del haz de electrones en determinadas posiciones controladas por un software de control. Un mono bloque no magnético (81 ) porta imanes permanentes para los dispositivos de deflexión magnética de haz de electrones.
En otra configuración preferente, el sistema de deflexión (103) de electrones es en ambiente abierto, lo que permite el ingreso de aire o lo mismo que no está en vacío.
Para la operación del dispositivo (100), este comprende un primer control de operación, que controla la operación del LINAC para habilitar el plan de operación, un segundo control para controlar la velocidad de rotación y los motores paso a paso que permiten la variación de la posición del foco y del dispositivo que corta el haz de electrones.
Lista de partes
1 . Bandeja de acople
2. Soporte eje central
3. Rodamientos (2)
4. Medios de sujeción
5. Eje central
6. Ventana
7. Engranaje eje central
8. Brida de acople
9. Correa con engranaje
10. Moto reductor
1 1. Engranaje motor
12. Primer Motor
13. Primer dispositivo de deflexión magnética.
14. Segundo dispositivo de deflexión magnética.
15. Primer cuadrupolo rectificador de trayectoria
16. T ubo de electrones al vacío con forma de S
17. Estructura soporte
18. Segundo cuadrupolo rectificado de trayectoria
19. Anillo blanco para impacto de los electrones
20. Blindaje
21. Riel base soporte colimador
22. Segundo Motor
23. Base soporte colimador
24. Porta colimador 25. Colimador
26. Disco de disipación térmica
27. Eje soporte disco
28. Rodamientos
29. Base eje disco
30. Soporte Contrapeso
31. Compartimento de baterías
32. Motor paso a paso contrapeso
33. Compartimento de control
34. Contrapeso
35. Compartimento de comunicación inalámbrica
36. Tornillo contrapeso
37. Soporte ajustable de contrapeso
38. Carcasa exterior
39. Barra soporte estructura-carcasa
40. Polea tensora
41. Ranura riel
42. Tornillo fijación
43. Anillo de sujeción a la brida
44. Ventana
45. Carcasa exterior larga
46. Ranura para electrones
47. Motor desplazador del segundo cuadrupolo
48. Carcasa exterior corta
49. Paleta de ventilación
50. Protuberancias para ventilación
51. Surco blindaje
52. Soporte unión imán-cuadrupolo
53. Motor paso para cuadrupolo segundo imán
54. Septa del colimador
55. Base riel colimador
56. Blanco neto
57. Cubierta filtro de electrones
58. Contacto rotatorio
59. Anillos conductores 60. Base para colocación de compensador de peso
61. Freno dinámico de haz
62. Láminas metálicas
63. Solenoide
64. Imán permanente
65. Soporte no magnético de apoyo lateral
66. Elemento de cierre de campo
67. Soporte no magnético de apoyo central
68. Ventanas de berilio tubo
69. Tubo S fijo rectangular
70. Tubo S telescópico
71. Tubo S flexible
72. T ubo S flexible y telescópico
73. T ubo S telescópico de salida abierta
74. Riel del segundo imán
75. Elemento unión del segundo imán con el segundo cuadrupolo
76. Luces láser de posicionamiento
77. Imán permanente dipolar
78. Segundo motor paso a paso colimador
79. Segundo motor paso a paso de segundo cuadrupolo
80. Eje para giro angular del colimador
81. Mono bloque no magnético porta imanes permanentes
82. Cuadrupolo
83. Núcleo no magnético soporte del cuadrupolo
84. Cilindro ferro magnético de cierre de campos
85. Cuatro Imanes permanentes
86. Base no magnética
87. Carcasa no magnética del dipolo
88. Dipolo
89. Imán permanente circular toroidal
90. Soporte
91. Imán deflector 1 con corte
92. Imán deflector 2 con corte
93. Disco de doble curvatura
94. C de cierre de campo curva 100. Dispositivo concentrador de fluencia de radiación ionizante
101 . Estructura exterior
102. Estructura interior
103. Sistema de deflexión
104. Elementos corrección de haz de electrones
105. Sistema de contrapeso

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Un dispositivo concentrador de fluencia de radiación ionizante (100) de foco variable adaptable a una fuente de electrones de alta energía de un dispositivo de radioterapia externa con acelerador lineal, para focalizar y guiar el foco de manera continua y menos invasiva, dentro de una zona determinada, CARACTERIZADO porque dicho dispositivo comprende: una estructura de acople que une al dispositivo de radioterapia externa con acelerador lineal con una estructura exterior (101 ), cuyo eje central (5) es hueco con una ventana (6) de entrada por el cual ingresan los electrones y medios anclaje para adosarse al dispositivo de giro mediante medios de sujeción (4); un sistema de giro que se une a la estructura de acople con una brida de acople (8) hace girar una estructura interior (102); un sistema de deflexión (103) de electrones que está en la estructura interior (102), en donde el sistema de deflexión (103) comprende, un primer y un segundo dispositivo de deflexión magnética (13, 14); y unos elementos corrección de haz de electrones (104); un disco (26) de disipación térmica, está unido rotativamente a la estructura interior (102), en donde dicho disco (26) comprende un anillo blanco (19) en donde impactan los electrones provenientes del sistema de deflexión (103) en el perímetro del anillo, generándose allí los rayos X; un blindaje (20) está unido solidariamente a la estructura interior (102) en la ubicación distal de un contrapeso (34), cubriendo el segundo dispositivo de deflexión magnética (14); un sistema de control de foco, que está en el sistema de deflexión (103) de electrones, que comprende un sistema electrónico de control (31 ) que controla un conjunto a los motores (12, 22) que generan desplazamientos coordinados del segundo dispositivo de deflexión magnética (14), un elemento de corrección y un colimador (25), que permiten cambiar la posición del punto focal; y al menos un diodo láser (74) ubicado en el borde del colimador (25) apuntando hacia el foco permitiendo determinar la posición de haz de rayos X generado.
2. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la estructura de acople es una bandeja (1 ) con elementos de sujeción adaptado al UNAC
3. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el dispositivo de giro comprende; rodamientos (2) o bujes, una correa con engrane (9) se conecta un moto reductor (10) con el engranaje del eje central (7) que se fija a la estructura de acople mediante pernos (4), la correa con engrane (9) es tensada por otra polea (40), con eje deslizable a una ranura riel (41 ), que es fijada mediante pernos o tornillos (42).
4. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 y 3, CARACTERIZADO porque el dispositivo de giro es construido completamente con engranajes (1 1 ), (9) los que se conectan directamente al moto reductor (10) con el engranaje central (7).
5. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el engranaje (7) es parte del eje central (5).
6. El dispositivo (100), según las reivindicaciones 1 y 3, CARACTERIZADO porque el mecanismo del dispositivo de giro se coloca por sobre del dispositivo de acople.
7. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el sistema de deflexión (103) magnético de electrones, está formado por un primer dispositivo de deflexión magnética (13) que desvía el haz de electrones entre 60° y 100° respecto de la dirección del haz de electrones incidente y un segundo dispositivo de defiexión magnética (14), de polaridad inversa al primer dispositivo de deflexión magnética (13), desvía a los electrones hacia un punto focal ubicado en el eje óptico, los que comprenden imanes que tienen una intensidad conjunta entre 0,3 T y 1 T, en donde, todo el sistema de deflexión (103) magnético se fija a una estructura soporte (17).
8. El dispositivo (100), según las reivindicaciones 1 y 7, CARACTERIZADO porque a la salida de cada dispositivo deflexión magnética se posiciona un cuadrupolo magnético alineador de trayectoria (15, 18) del haz de electrones de trayectoria (18) y/o dipolo (88) que alinea el haz de electrones.
9. El dispositivo (100), según las reivindicaciones 1 y 7, CARACTERIZADO porque a la salida del primer dispositivo deflexión magnética (13) y/o delante de primer cuadrupolo se posiciona al menos un dipolo (88) magnético que enfoca la trayectoria del haz de electrones.
10. El dispositivo (100), según las reivindicaciones 1 y 7, CARACTERIZADO porque a la salida del segundo dispositivo deflexión magnética (14) se posiciona un dipolo (88) magnético que enfoca la trayectoria del haz de electrones.
1 1. El dispositivo (100), según las reivindicaciones 1 y 7, CARACTERIZADO porque el sistema de deflexión (103) van en una carcasa exterior (45) al vacío, que se adapta a la configuración de los imanes, en donde, el primer dispositivo de deflexión magnética (13) está unido a la pared de ingreso de la caja en dirección perpendicular al haz incidente de electrones y el segundo dispositivo de deflexión magnética (14) va inclinado a más de 0o, en sentido horario, respecto del primer dispositivo de deflexión (13).
12. El dispositivo (100), según ¡as reivindicaciones 1 y 7, CARACTERIZADO porque los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) van inclinados de modo que haz electrones emerge del primer dispositivo de deflexión magnética (13) y se desvía en un ángulo cercano a 90°.
13. El dispositivo (100), según las reivindicaciones 1 y 7, CARACTERIZADO porque los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) son construidos con imanes permanentes (64).
14. El dispositivo (100), según ¡as reivindicaciones 1 y 7, CARACTERIZADO porque los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) son construidos con electro imanes.
15. El dispositivo (100), según las reivindicaciones 1 , 7 y 13, CARACTERIZADO porque cada dispositivo de deflexión magnética (13, 14) está formado de dos imanes (64), en donde cada imán tiene una intensidad de campo magnético entre 0,2 T y 0,7 T ubicados enfrentando sus polos opuestos en sus caras polares, un soporte no magnético de apoyo lateral (65), con un orificio alargado en la zona central, permiten posicionar los imanes (64) gracias a unas saliente que evitan que estos se junten; elemento de cierre de campo (66) con forma de C, ubicado a los lados de los imanes, cierran el circuito magnético.
16. El dispositivo (100), según las reivindicaciones 1 , 7 y 13, CARACTERIZADO porque cada uno de los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) posee una pieza no magnética con un soporte no magnético con apoyo central (67), de modo que cuando el haz de electrones entra lateralmente por la zona del agujero central de al menos uno de los dispositivo de deflexión magnética (13, 14) el haz sale por la misma cara por donde entró.
17. El dispositivo (100) según la reivindicación 8, CARACTERIZADO porque utiliza cuadrupolos (15, 18) fabricados con imanes permanentes.
18. El dispositivo (100) según ¡a reivindicación 9, CARACTERIZADO porque el al menos un dipolo (88) es fabricado con imanes permanentes.
19. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los elementos corrección de haz de electrones (104), comprenden cuadrupolos (18) y dipolos (88) magnéticos basados en imanes permanentes.
20. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) tienen una intensidad mayor a 0,5 T.
21. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los dispositivos de deflexión magnéticos (13, 14) tienen una intensidad mayor a 1 T.
22. El dispositivo (100) según la reivindicación 7, CARACTERIZADO porque la forma del par de imanes permanentes que conforman los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) son de cortes curvos e irregulares en unas de sus caras (91 , 92).
23. El dispositivo (100), según la reivindicación 15, CARACTERIZADO porque ios dispositivos de deflexión magnética (13, 14) poseen al menos un elemento de cierre de campo curvo (94), ios que además comprenden en cada uno de sus extremos distaies una curva.
24. El dispositivo (100), según las reivindicaciones 1 , CARACTERIZADO porque los dispositivos de deflexión magnética (13, 14) son energizados eléctricamente mediante un contacto rotatorio (58) que lo conectan anillos conductores (59) los que van conectados con los terminales eléctricos del cabezal del dispositivo de radioterapia externa.
25. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque posee un tubo de electrones al vacío con forma de S (16) no magnético con ventanas (68) en sus extremos.
26. El dispositivo (100), según la reivindicación 25, CARACTERIZADO porque las ventanas (68) son de berilio.
27. El dispositivo (100), según la reivindicación 25, CARACTERIZADO porque las ventanas (68) son conductoras de calor.
28. El dispositivo (100), según la reivindicación 25, CARACTERIZADO porque posee un tubo S fijo rectangular (69).
29. El dispositivo (100), según la reivindicación 25, CARACTERIZADO porque el posee un tubo S telescópico (70) y cilindrico.
30. El dispositivo (100), según la reivindicación 25, CARACTERIZADO porque que posee un tubo flexible (71 ), el que permite cambiar el ángulo de la segunda curva.
31. El dispositivo (100), según la reivindicación 25, CARACTERIZADO porque que posee un tubo flexible y telescópico (72) que le permite cambiar el ángulo y la separación de la segunda curva respecto de la primera.
32. El dispositivo (100), según la reivindicación 25, CARACTERIZADO porque posee un tubo telescópico de salida abierta (73), que permite diferentes salidas angulares entre 15o y 45°, de acuerdo a la intensidad del campo.
33. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el dispositivo (100) es de foco fijo y comprende los dispositivos de deflexión magnética (13, 14), al menos un cuadrupolo (82) y/o al menos un dipolo (88) y un colimador (25) presentan posiciones fijas unos respectos de los otros, las que son previamente establecidas y utiliza un disco de material conductor (Cu o Al) con surco de blindaje (51 ) y blindaje fijo.
34. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el sistema de control del foco comprende un primer motor (12) paso a paso que mueve el segundo dispositivo de deflexión magnética (14) por un riel del segundo imán (74) en la misma dirección del haz de electrones que emerge del primer dispositivo de deflexión magnética (13), uno de los elementos de corrección de haz de electrones (104) se fija al segundo dispositivo de deflexión magnética (14) mediante un elemento de unión (75); un segundo motor (22) paso a paso mueve en igual distancia al colimador (25) que va bajo el disco (26) de disipación térmica.
35. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el sistema de control del foco comprende un primer motor (12) paso a paso que mueve el segundo dispositivo de deflexión magnética (14) por un riel del segundo imán (74) en la misma dirección del haz de electrones que emerge del primer dispositivo de deflexión magnética (13), y otros motores (36, 53, 54, 55) permiten un giro pivotantes del segundo dispositivo de deflexión magnética (14) en conjunto con uno de los elementos de corrección de haz de electrones (104) y el colimador (25), que va bajo el disco (26) de disipación térmica.
36. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el disco (26) de disipación térmica es de sección curva y de material térmico conductor, va unido a la estructura mediante un eje soporte disco (27) rotante mediante rodamientos (28) contenidos en una base eje disco (29), lo que le permite rotar respecto de ésta y respecto de la estructura rígida externa, en un anillo blanco (19) proximal al perímetro del disco (26), impactan los electrones, en donde el anillo blanco (19) es fabricado por un metal de número atómico (Z) > 38.
37. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque en el anillo blanco (19) es embebido dentro de otro material térmicamente conductor que es una cubierta filtro de electrones (57) por arriba y por abajo del anillo blanco (19) o del mismo material del disco (26).
38. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el anillo blanco (19) es fabricado de plomo (Z=81 ).
39. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el anillo blanco (19) es fabricado de tungsteno.
40. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el anillo blanco (19) es fabricado de tungsteno o plomo o plata u oro o estaño, o mezcla de ellos.
41. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el material del disco (26) de disipación térmica es cobre.
42. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el material del disco (26) de disipación térmica es aluminio.
43. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el material del disco (26) de disipación térmica es aluminio o cobre o estaño o titanio o broce o mezcla de ellos.
44. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el disco (26) de disipación térmica es plano en su parte central y la parte lateral es inclinada y metida dentro de un surco en que el entra uno de los elementos del sistema de deflexión (103) que tiene blindaje y se une externamente al colimador mediante un soporte (90).
45. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el disco (26) de disipación térmica tiene una sección doblemente curvada (93).
46. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque por sobre el disco (26) de disipación térmica hay una paleta de ventilación (49) fija a la base eje disco (29).
47. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque en el disco (26) además comprende unas protuberancias para ventilación (50) para mejorar la disipación térmica.
48. El dispositivo (100), según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque además comprende un ventilador externo para la mejorar la disipación térmica.
49. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque además comprende de un sistema de contrapeso (105) y control, que comprende un soporte contrapeso (30), un motor paso a paso (32), un contrapeso (34), unos medios de comunicación inalámbrica, un compartimento de comunicación inalámbrica (35) con un compartimento de control (33) de control de los motores paso a paso, y compartimento de baterías (31 ) que energiza todos los dispositivos que van en rotación.
50. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque comprende un freno dinámico haz (61 ) de electrones, que posee láminas metálicas (62) y un solenoide (63) realiza los cortes del haz de electrones en determinadas posiciones controladas por un software de control.
51. El dispositivo (100) según la reivindicación 15, CARACTERIZADO porque comprende un mono bloque no magnético (81 ) porta imanes permanentes para los dispositivos de deflexión magnética de haz de electrones.
52. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque sistema de deflexión (103) de electrones es en ambiente abierto.
53. El dispositivo (100) según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque un primer control de operación, que controla la operación del LINAC para habilitar el plan de operación, un segundo control para controlar la velocidad de rotación y los motores paso a paso que permiten la variación de la posición del foco y del dispositivo que corta el haz de electrones.
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