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Casa abierta al tiempo
UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA IZTAPALAPA
INGENIERIA BIBMEDICA
UN PRELIMINAR EN TEORIA Y OPERACION DE ACELERADORES LINEALES
PROYECTO TERMINAL QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO BlOMEDlCO PRESENTA:
ISRAEL MERCADO HERNANDEZ
ASESORADO POR: DR. FlLlBERTO CORTES MARMOLEJO
TRIMESTRE 97-1
AGRADECIMIENTOS:
Primeramente doy gracias por tener la oportunidad de vivir y permitirme culminar esta meta que desde muy pequeño me propuse y por no omitir a alguien, les doy mis mas sinceros agradecimientos a todas aquellas personas que me han brindado su respaldo en cualquier sentido para ver esto realizado. Esperando seguir respondiendo a todas aquellas personas con las cuales siempre conte con su confianza.
“ A pesar de la adversidad, todos mis mecanismos vitales han tenido unicamente un proposito, que es, el preservar
inquebrantables, la disciplina, la responsabilidad y el enorme deseo de lograr lo que me proponga”
Israel Mercado
Un Preliminar en Teoría y Operación
de Aceleradores Lineales
en Radioterapia.
NOMBRE DEL PROYECTO.
Un preliminar en teoría y operación de aceleradores lineales en radioterapia.
IMPORTANCIA DEL PROYECTO.
En nuestro país hoy en día, son pocas las instituciones médicas que cuentan con el servicio de un equipo d:
esta naturaleza, es por ello que son pocas las ocasiones que se tiene la oportunidad de estar present?
durante el proceso de instalación, así como la puesta en operación de un acelerador lineal.
Desde el punto de vista del ingeniero biomédico, es muy importante conocer la gran diversidad de aspectos a
nivel ingenien1 y en conocimientos generales que están presentes durante la operación de este equipo con un
paciente. Son muchos los aspectos a tomar en cuenta durante todo el proceso, de manera tal, que es
necesario conocer las características generales de funcionamiento del equipo así como sus principios de
operación. Considero de gran interés tener disponible información a cerca del acelerador lineal, ya que, hasta
el momento, no existe ningún tipo de texto o ayuda bibliográfica en espaiiol disponible para conocer esta
clase de equipos, que en la actualidad están protagonizando el avance tecnológico en la medicina y, más
especialmente, en el campo de la oncología. Se espera que este documento sirva para despertar el interés
del que lo consulte y, de esta manera profundizar un poco más en el funcionamiento y operación de los
aceleradores lineales.
ANTECEDENTES.
Desde los aiios 80’s se habían venido utilizando en el área de aplicaciones radioterapéuticas las unidades de
cobalto ( Co 60 ), ¡as cuales hasta nuestros días en muchos hospitales siguen siendo utilizadas para
proporcionar al paciente una cantidad de radiación en alguna zona de interés para el médico. Con este tipo
de unidades la cantidad de radiaciófi a la que es expuesto el paciente es alta y no tan específica para la
zona de interés. Debido a esta característica, los diseñadores de equipos médicos se vieron en la necesidad
de incorporar un equipo, el cual, además de tener una mayor efectividad, dadas las altas dosis de radiación,
se tuviera un mejor control de la dosis a la se expusiera al paciente. Esta necesidad dio como origen la
aplicación médica del ACELERADOR LINEAL en radioterapia.
Vale la pena preguntarse ¿Por que acelerador lineal?, si los aceleradores de partículas usados antiguamente
por los investigadores físicos, y de los cuales tenemos antecedentes, fueron siempre circulares, como por
ejemplo el ciclotrón y betatrón.
Son aceleradores lineales por que las trayectorias de partículas aceleradas en ellos, es recta y no circular.
Sin embargo, el termino acelerador lineal se aplica generalmente a todos los instrumentos que tienen una
serie de electrodos dispuestos en línea recta y conectados a fuentes de corriente alterna, de voltajes
moderadamente elevados, dispuestos de forma tal, que la partícula al salir de la vecindad de uno de los
electrodos es atraída por el que sigue, con un voltaje considerablemente mas alto. El efecto es acumulativo,,
conforme las partículas pasan por la línea de electrodos y llegan al “blanco” del tubo acelerador. Las energías
logradas son del orden de los mega elctrdn-volts (MeV), que son las energías necesarias para las
aplicaciones terapéuticas.
Actualmente los aceleradores lineales son utilizados en reemplazo a las unidades de Co 60, como un
sistema de soporte oncologico, esto, por su capacidad de control que tenemos de éste y la capacidad de
energías que podemos obtener a la salida. Además tener una nueva modalidad de operación del equipo,
aparte de contar con haces de rayos-x , también contamos con haces de electrones puros, los cuales son
grandemente utilizados para tratamientos específicos. Esta característica hace ser al acelerador lineal la
mejor opción para el tratamiento de tumores cancerígenos.
Hoy en día, en nuestro país se cuentan con pocos aceleradores lineales, alrededor de cinco unidades
solamente, cuatro de las cuales se encuentran en la ciudad de México y una más en provincia. Esto, debido
al alto costo del equipo, así como al tipo de instalaciones que se requieren para su puesta en operación.
Todo ello, sin embargo se ve gratificado con la gran utilidad del equipo, asi como con el beneficio que le
proporciona al paciente.
PREFACIO.
Haciendo un poco de historia a cerca de los componentes que dierón origen al diseno de un acelerador
lineal, podemos decir que éste envuelve los radares de microondas desarrollados en la segunda guerra
mundial, el tuoo klystron, inventado en la universidad de Stanford, e¡ cual proveía de una vital fuente de
poder para las microondas utilizadas por este radar con fines bélicos. Es así como estos componentes se
hacen presentes en este tiempo. En el pasado, por los años 1940’s el klystron de alto poder y I G S principios
de las microondas, se incorporarón en un diseño para la construcción de un acelerador lineal (linac) para
usos en investigación física y muy apreciado para la Industria Radiográfica posteriormente. A mediados de
2 los años 1950’s el linac, tuvo su primera aplicación en el campo médico. Se consideró para el tratamiento de
tumores, los cuales, se encontraban a una profundidad considerable y en los cuales pocos eran los recursos
del medico para su tratamiento. El primer linac fue construido en el laboratorio de microondas en Stanford
para ser instalado en el hospital de esta misma ciudad, el cual hoy se encuentra en la ciudad de San
Francisco en USA. Este diseiio sirvió como un prototipo para unidades comerciales que se construyerdn
después.
Desde entonces, el acelerador lineal utilizado en aplicaciones médicas ha ganado la fama de ser el mejor
equipo en radiación de terapia. Cabe señalar que varios componentes utilizados durante la operación han
sido diseñados por personal profesional médico. El Dr. C.J.Karzmark, un físico radiólogo de la Universidad de
Stanford, es quien ha estado en mayor contacto con los linacs, desde su aplicación en el campo médico. Fué
el primero en promover el conocimiento en la seguridad y operación efectiva en el uso de éste equipo; ha
producido, en cooperación con las divisiones de investigación de centros, institutos y hospitales relacionados
con el uso de los linacs para tratar el cáncer, técnicas y modos de tratamiento terapéutico, con la intención
de dar un mayor aprovechamiento a las propiedades de estos equipos, así como garantizar la seguridad,
tanto del paciente como del usuario.
Para el fácil entendimiento de este texto describiremos los componentes de una forma semejante a una
unidad de tratamiento especifica de un acelerador lineal, dada la complejidad del equipo, ya que la teoría de
operación de un linac comercial no esta disponible para el público. Considero la necesidad de que el
estudiante de lngenieria Biomedica o cualquier carrera a fin, conozca esta unidad de tratamiento pues es
uno de los equipos de soporte oncológico que está protagonizando la revolución tecnológica dentro de la
radioterapia.
Para la realizacion de este trabajo, hemos tenido la facilidad de consultar algunos manuales de usuario,
diagramas de instalacibn, folletos ilustrativos, etc. de un equipo en particular. El Acelerador Lineal de
VARIAN Corporation. Mod. 2100C Serie Clinac.
CONTENIDC.
lntroducclon
Designación de la Energía en Aceleradores .................................
Un Acelerador Lineal Elemental ......................................................
Similitudes y Diferencias Entre Linacs de Diagnostico y Generadores de Rayos-x ..............................................................
Principales Módulos y Componentes de un Linac ...........................
Introducción a Las Fuentes de Poder de Microondas .................... Cavidades de las Microondas
.. ......................................................................................
El Klystron El Magnetron
La Guía de Onda y La Circulación ..................................................
Introducción a la Estructura del Acelerador ....................................
Imanes de Doblamiento y Transporte del Haz ................................
Cabezal de Tratamiento ...................................................................
Beams Stopper (Escudo) ...............................................................
Puesta en Operación de un Acelerador Lineal ...............................
Instalaciones Físicas .......................................................................
Descrlpclon del Equipo ....................................................................
Requerimientos de Instalaciones Físicas ......................................
Requerimientos de protección contra las radiaciones ionizantes ....
Condiciones del Equipo ....................................................................
Diagramas de Bloques Funcionales y Sistemas Auxiliares ...............
Apéndice A.Unidades de Tratamiento Representativas de un Linac..
Apéndice B. Especificaciones de un Linac de Radioterapia .............
Conclusiones ...................................................................................
Bibliografía .......................................................................................
. . .
UN PRELIMINAR EN TEORíA Y OPERACldN DE ACELERADORES LINEALES EN TERAPIA
DERADIACI~N.
I. INTRODUCCI~N
Los pacientes con cáncer son tratados con radiación, cirugía o quimioterapia. El método de tratamiento que
provee una mucho mayor efectividad es la radiación, usada por si misma o en combinación con otras
modalidades. La principal modalidad de radiación para el tratamiento de tumores situados a una profundidad
consioerable, son los rayos x de muy alta energía, de poder de penetración. Tales rayos x son creados
cuando los electrones de una alta energía cinética chocan sobre un blanco, hecho de una tarjeta de material
tal como el tungsteno. Alternativamente, esos electrones pueden ser usados directamente para tratar tumores
mas superficiales. El equipo que cuenta con estas caracteristicas es conocido como acelerador lineal (linac),
el cual produce rayos x de alta enerc'ía, o , alternativamente, los mismos electrones son empleados para la
radioterapia. El propósito aquí es r!xplicar los principios de operación y el uso de los electrones del
acelerador.
El linac de aplicación médica lo introduciremos para un primera observación en un cuarto de tratamiento. La
figura 1 muestra una sala en la cual esta colocado un linac. El linac es montado en un GANTRY el cual rota
sobre un STAND que contiene la electrónica y otros sistemas (fig-2). El linac puede ser rotado dentro de la
posición cerca del E J E horizontal del GANTRY para su uso en tratamiento. El haz de radiación emerge del
COLIMADOR que es algunas veces direccionado y centrado a través del eje del gantry. El EJE CENTRAL
DEL HAZ intersecta al eje del gantry en un punto imaginario en el espacio, llamado el ISOCENTRO. En la
mayoría de los casos la mesa de tratamiento es posicionada de manera tal que el tumor del paciente quede
centrado en el isocentro. Usualmente el paciente es colocado boca arriba o boca abajo sobre esta mesa
durante el tratamiento. Esta mesa incorpora tres movimientos, longitudinal, transversal y un movimiento de
rotación alrededor del isocentro para facilitar el posicionamiento del paciente para el tratamiento. En cada
uno de los lados de las paredes y por el techo, son colocados LASERS que proyectan pequeños puntos o
líneas que intersectan al isocentro, esto facilita colocar al paciente en conjunto con las marcas de referencia
hechas sobre la piel del paciente, que muestran la zona a irradiar. Los INDICADORES DIGITALES DE
POSICIóN, en la parte frontal del gantry, despliegan los tamaños del campo de los colimadores así como la
rotación angular del gantry. El isocentro es un sistema que facilita la precisa reproducibilidad del tratamiento
cuando se usan múltiples campos direccionados al tumor desde diferentes ángulos del gantry (fig 3).
En esta unidad de tratamiento, una radiación constante es aplicada por dos técnicas principales: La SAD (
source-distance-axis), en que usualmente se emplean 100 cm, los cuales nos indican que existen 100 cm
entre el objetivo a irradiar y el elemento de donde emerge el haz de radiación. Otra técnica utiliza es SSD (
source-skin-distance ), en donde se aplica una radiación constante a lo largo de una parte del cuerpo o incluso, del cuerpo entero; también se utilizan alrededor de 100 cm.
Sintítul - 2
4
i n t e r r u p t o r d e e m e r g e n c d / i
c o n t r - e l - d e l a v e n t i l a c i o n L r
F i g u r a I
. . _ SALA DE LA UNIDAD DE TRATAMIENTO >.$,&,lf
A,&.&
, ̂̂ S I
isoce tro t" /
FIGURA 3
1 I
gantry
\ stand
/
h"1"-1"""""""- I.
mesa de escudo primario tratamiento Beamstopper
FIGURA 2
El operador revisa al paciente y observa, en el monitor de control del equipo, el tratamiento a llevar acabo, y,
previamente seleccionado, en la consola de control localizada a fuera de la sala de tratamiento. Muchos de
los equipos auxiliares electrónicos se encuefitran en forma de TARJETAS en un gabinete montado en una
consola. Dentro de un GABINETE MODULADOH se encuentran los elementos auxiliares electrónicos de
potencia para linac. Los principios de operación y la realización de las funciones coiectivas para producir los
rayos x y los haces de electrones usados para el tratamiento serán ciescritos a continuación, pero antes es
importante señalar la designación de la energía de los rayos radioterapeuticos.
2. DESIGNACI~N DE LA ENERG~A EN ACELERADORES.
La figura 4 muestra un simple elemento acelerador de electrones, este consiste en una batería de 1 volt
conectada a dos placas conductoras espaciadas 1 cm las cuales están evacuadas dentro de un tubo, este
tubo de vidrio sirve como un aislador al sistema. La placa negativa es llamada catodo y la placa positiva es el
ánodo, la manera en que se colocan la carga de la bateria causa que los electrones fluyan del ánodo al
cátodo, a través de un circuito externo. Esto resulta en una deficiencia de electrones a el ánodo (carga
positiva) y un exceso de electrones en el cátodo (terminal negativa), como se muestra. Esta distribución de
cargas genera la creación de un campo eléctrico ”E” denotado por una flecha, en la región entre las placas en
la dirección mostrada. El campo eléctrico es una fuerza que “siente” una carga positiva si es colocada entre
las dos placas, esta tiene una magnitud de un volt por cm (1 vlcm ), esto es la diferencia de potencial entre
las placas, dividida por la distancia entre ellos, es un volt por cm. Por definición la dirección del campo ”E” es
en el sentido hacia donde se mueven las cargas positivas, un electrón con carga negativa se moverá en
dirección contraria, esto no es posible observarlo en el campo eléctrico, pero sabemos que existe una fuerza
que obliga a las partículas cargadas tales como los electrones a hacerlo.
J’
cátado
Tubo al vacío
ánodo
1 +
figura 4
SI los electrones, denotados por “e” en la figura 5, son liberados de la placa negativa (el cátodo) serán
acelerados por la fuena del campo E hacia la placa positiva (el ánodo). Un electron volt (eV) es la energía
ganada al acelerar un electrón a través de una diferencia de potencial de un volt.
El esfuerzo de una cantidad de fuerza a través de una distancia, es una medida básica de trabajo y energía.
En la escala atómica, el electrón volt, o múitiplos de este, adoptan una unidad de energía. En la figura 5
distribuimos con una fuerza de un volt por cm forzando a un electron a través de una distancia de un
centimetro.
1 volt
Figura 5
En la figura 5. Vemos un acelerador lineal de un simple electrón designando una energía de un electrón volt (1 eV), los e se mueven con una velocidad V hacia la derecha. El campo E es de un volt por cm y se mueve t n dirección contraria.
Imaginemos ahora que mil baterias de un volt son conectadas en serie para que provean 1000 volts, o una
diferencia de potencial de 1 kvolt a través de las placas de este elemento, los electrones acelerados arriban al
ánodo con una energía de 1000 electron-volt, a su ves se asocia un campo eléctrico E de 1 kvlcm.
Ahora si suponemos que las placas están separadas por 10 cm y que mil baterias de 1 Kv están conectadas
en serie para dar un millón de volts de poder. El espaciamiento entre las placas del tubo ha sido alargado
para resistir el alto voltaje. Ahora un electrón liberado del cátodo gana un millón de electron-volt de energía
durante este transcurso para llegar y arribar con esta misma energía (1 MeV ), hay que notar que la energía
ganada por el electrón depende únicamente de la diferencia de potencial entre las placas del cátodo y ánodo
y no de la distancia entre estas. El correspondiente campo eléctrico es 1 millón de volts dividido por 10 cm,
entonces es de 100kvkm.
En la figura 6 se muestra un simple acelerador lineal de electrones con una designación de energía de un
millón de electron-volt. Hay que notar el incremento en la distribución de las cargas +,- del ánodo y cátodo
con las figuras anteriores. *
10 cm. i I
I 4 - - - 1 kv
1000000 volt
Figura 6
3. UN .\CELERADOR LINEAL ELEMENTAL.
Es posible convertir un simple linac colno el descrito anteriormente en uno mas sofisticado. Sin embargo, aún
sigue siendo elemental el principio de la aceleración de los electrones. Primeramente un cátodo calentado es
sustituido por la placa negativa. (En el linac para aplicaciones médicas, este catado es sustituido por el cañón
de electrones). El cátodo que se muestra en la figura 7 es un simple filamento, la pequeña batería B causa un
calentamiento al filamento causando una “ebullición” de electrones justo como en un filamento de un bulbo de
luz, después una batería de 4Mv es conectada entre el ánodo y el cátodo, esta batería corresponde a una
energía de electrones que se desea, 4 millones de volts para 4 MeV de energía, ahora los electrones son
calentados en el filamento y acelerados con una energía de 4MeV justamente para chocar con el ánodo.
Para adaptar estos electrones para aplicaciones terapéuticas una delgada hoja de metal “ventana” substituye
la placa positiva o ánodo. Este metal sólido, delgado permite a los electrones penetrar la ventana y emerger
con solamente una pequeña perdida de energía. En este elemental linac, el haz de electrones emerge con
una energía solo un poco menor a 4 MeV.
. I
I - electrones
bateria 4 MV
- +
figura 7a
\ haz de rayos-x
B
tarjeta de tungsteno
bateria 4 MV . +
filamento
(cátodo) ventana.
... . . . \ haz de rayos-x ... , . . B
figura. 7b
Figura 7 a. Los 4 millones de volts del linac de la figura anterior, modificados para proveer e con 4MeV (como los usadc S
para terapia); los e son emitidos y acelerados continuamente por esta simple bateria.
Figura 7 b. Un acelerador lineal elemental para 4 millones de volts, el filamento tipo, cátodo, para la fuente de electrones
es calentado por una pequeña batería B
Para obtener rayos x para terapia, la placa positiva es remplazada fuera de la ventana por una tarjeta de
tungsteno (figura 7b), sobre la cual chocan los electrones abruptamente, produciendo rayos x penetrantes,
estos rayos poseen energias en el orden de 1 a 4 MeV, todos iniciados a partir de electrones con una energía
de 4MeV. Esto resulta en un espectro en energia de rayos x , designadas por “4MV”.
La idea de todo esto es irnos acercando paso a paso a comprender el funcionamiento de un acelerador de
partículas con energías del orden hasta de los 30 MV, que son los que se usan en radioterapia. De esta
manera, si ahora en lugar de energizar este sencillo acelerador con una simple bateria , substituimos esta pcjr
una fuente de voltaje alterno (una onda senoidal), en donde la magnitud y polaridad de tales cambios de
voltaje son regulares y repetidos periódicamente por un determinado tiempo por ciclo, cambiaremos
radicalmente el modo de funcionamiento de los sencillos aceleradores anteriores. Para un simple ciclo como
se muestra en la figura 8 , el eje horizontal denota el tiempo, el eje vertical denota la magnitud y la polaridad
del voltaje en el ánodo V , relativo al cátodo, que establece el campo “E”. El numero completo de ciclos por
segundo de la onda senoidal es llamada frecuencia y es expresada en hertz (hz), un hertz es igual a un ciclo
por segundo, cabe señalar que el poder de energía para un acelerador lineal de aplicaciones medicas es de
alrededor de 3000 Mhz, esta referida como alta frecuencia de la microonda, el tiempo para completar un
simple ciclo es llamado periodo ( 1/3000Mhz ).
voltaje del ánodo relativo al cátodo V+
”+ I
I Figura 8
Con en blanco positivo y el filamento negativo (figura 9) los electrones emitidos del cátodo durante un
intervalo a-b-c de la onda senoidal como la figura anterior, son acelerados hacia el blanco. En el punto c el
voltaje revierte su polaridad y el campo E su dirección. Con el blanco negativo y el filamento positivo, durante
el intervalo c-d-e (figura 1 O), los electrones aún son emitidos pero no acelerados hacia el blanco.
filamento
(cátodo)
/ ánodo
E ventana
, . . . . . . . . I . . ,> * *
. . . . . . . hazderayosx B ” . , . . . . .
..... . . e . . . . - a
V-
tarjeta de tungsteno
- + I voltaje alterno
Figura 9
Los electrones son acelerados únicamente durante la primera mitad del ciclo mostrado anteriormente,
el ciclo en el punto b alcanza su voltaje máximo, V y E es direccionado como se muestra en la figura 9. Un
electrón liberado del cátodo en este tiempo gana una máxima energía, contrariamente, a las tres cuartas
partes del ciclo, en el punto “d” V alcanza el máximo negativo. Entonces E es direccionado como en la figura
10, y la energía maxima tendrá que ser utilizada en introducir el electrón del cátodo para alcanzar al ánodo,
encontrándose con la oposición del campo E. De esta manera los electrones no podrán ser acelerados en
este intervalo de tiempo.
En esta ilustracitn asumimos que el electrbn atraviesa entre el cátodo y el ánodo instantáneamente. Notar
que ahora el acelerador elemental acelera electrones y emite radiación únicamcnte en la mitad del ciclo de
la onda senoidal y los electrones varían en energía en forma sinusoidal durante este tiempo.
Filamento
(catodo)
. .. ..." ".
arjeta de tungsteno
voltaje alterno
Figura 10.
Figura 10 . El linac alimentado por una fuente de voltaje alterno, para una polaridad como la que se muestra ( contraria a la
figura 1 ), los electrones se quedan cerca del filamento y no son acelerados hacia el ánodo.
4. SIMILITUDES Y DIFERENCIAS ENTRE LINACS Y GENERADORES
DE RAYOS-X EN DIAGNOSTICO.
Existen muchas similitudes entre equipos de rayos x de diagnostico y un linac. Los dos están provistos de
una fuente de electrones de un filamento caliente o un catodo, evacuados dentro de un tubo de vidrio al
vacio, los dos requieren de una aceleracion del voltaje entre el catodo y el ánodo (como blanco). Este voltaje
es ajustable en un generador de diagnostico de rayos x, dependiendo del procedimiento, de 30 Kv a 150 K v
de voltaje almacenado. En contraste en un acelerador lineal los voltajes son fijados en una unidad particular
en un rango de cerca de los 4 MeV a los 35 MeV. Los equipos de rayos x contiene pulsos de un tiempo de
0.01 a 10 segundos, con una frecuencia de 60 a 720 Hz, mientras la radiación del linac consiste en
pequeños "estallidos" de cerca de 5 millones de electrones, repetidos varias veces durante miles de tiempos
por segundo, cada estallido tiene una frecuencia de 3000 Mhz. Los dos emplean colimadores para
direccionar el haz de rayos x , pero en el caso de los linacs estos suelen ser de un material mucho mas
resistente a la radiación, debido a que la alta energia de los rayos del linac son mucho mas penetrantes, esta
es una distinción superior, que hace que se puedan destruir tumores cancerígenos a una profundidad
considerable, sin ocasionar algún daño a los tejidos circundantes.
El acelerador lineal requiere que sea montado den?ro de una sala perfectamente bien planeada respecto a la
protección radiología, la cual cuenta con paredes de concreto de hasta 2mts de ancho, mientras las salas
donde se encuentran los equipos de rayos x en sus paredes solo contienen una delgada aleación de plomo y
barita ( tierras raras ). Los rayos x revelan estructuras atómicas basadas en diferencias en el numero atómico
así ccmo su densidad física, como por ejemplo; hueso contra tejido, la atenuación de rayos x del orden de
los MV esta primariamente basada en la diferencia de densidades, una radiografía producida con rayos x de
megavoltaje muestran pequeñas diferencias entre hueso y tejido blando. La importancia de los rayos x de
diagnósticos radica en la información contenida del rayo la cual produce una irragen en un receptor (
placa fotográfica ). La importancia de haz de rayos x ds terapia, los cuales provee el linac, es que la energía
es absorbida por el tumor, lo que ocasiona la muerte de éste.
5. PRINCIPALES MóDULOS Y COMPONENTES DEL LINAC.
Los principales módulos del linac son: el gantry, el stand, el modulador, la consola de control y la cama de
tratamiento. La figura 11 identifica los componentes del stand y gantry dentro de un medio-energetico, los
cuales se mencionaran frecuentemente. El stand es empotrado firmemente en el piso y el gantry rota
alrededor del stand, la estructura operacional de aceleración se encuentra contenida en el gantry. El
modulador se encuentra colocado en algún extremo del stand-gantry.
Los principales componentes del stand son:
1. KLYSTRON. El cual esta localizado encima del tanque almacenador de aceite, y provee de la fuente de
poder de microonda para acelerar los electrones.
2. GUíA DE ONDA. La cual conlleva este poder hacia la estructura de aceleración del gantry.
3. CIRCULADOR. Es un elemento insertado en la guía de onda para aislar el klystron de microondas
reflejadas hacia atrás del acelerador.
4. SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DE AGUA. Este sistema enfría varios componentes que disipan energía como
calor, estableciendo una operación estable a una temperatura determinada.
Los principales componentes encontrados en el gantry son:
1. ESTRUCTURA ACELERADORA. La cual es energizada por el poder de las microondas proporcionado por el
klystron a través de la guía de onda.
u)
P. (I] R (D
P, 3
2
al J P. (D a rr O
2. CAÑÓN DE ELECTRONES ( o cátodo ). El cual provee de la fuente de electrones que se inyectan den!ro de
la estructura aceleradora.
3. IMANES DE DOBLAMIENTO. Los cuales deflexionan los electrones que emergen de la estructura de
aceleración, dando vuelta para chocar con un blanco para producir rayos x , o se usan directamente para
tratamientos con electrones.
4. CABEZAL ( Head Treatment ). El cual proporciona el aplanamiento del haz y su monitoreo.
5. ESCUDO DE PROTECCIóN ( Beam Stopper ). El cual reduce los requerimientos de protección radiolcgía
dentro de la sala, ya que absorbe una buena cantidad de la raciiación que atraviesa al paciente. Este se
encuentra localizado en la parte inferior del gantry.
EL GABINETE MODULADOR. Contiene los componentes que distribuyen y controlan el poder eléctrico primar o
hacia todas las áreas del stand-gantry, las cuales se utilizan para la conexión de los pulsos de alto voltaje a
los componentes que lo requieran.
LA MESA DE TRATAMIENTO. Los movimientos son controlados por un control manual, el cual es operado por
el usuario, esta mesa cuenta con movimientos tanto longitudinales, transversales y rotatorios alrededor del
isocentro.
LA CONSOLA DE CONTROL. Este es el centro de operación del linac, esta proporciona los pulsos de
sincronización que inician cada pulso de radiación, provee sobre un monitor todos los parámetros de
operación, incluyendo los datos del paciente y la dosis preestablecida. El tratamiento no procede cuando los
valores de los parámetros exceden los limites, los cuales han sido previamente establecidos o los
requerimientos técnicos del equipo no se están cumpliendo.
Entre otros de los principales módulos y componentes del linac se encuentra una serie de sistemas auxiliares
incluyendo: vacío, presión, enfriamiento, control de frecuencia automática, además de monitoreo y control.
A continuación se presentan algunos dibujos donde se podrá apreciar con mas claridad un esquema general
del acelerador lineal y algunos de sus componentes como; consola electrónica, gabinete modulador,
ensamblado del stand y ensamblado del gantry.
6. INTRODUCCldN A LA FUENTE DE PODER DE MICROONDAS.
El Klystrón y el Magnetrón son dos especiales tipos de tubos, los cuales son usados para proveer del poder
de microondas para acelerar los electrones. Las microondas son similares a las ondas de radio ordinarias,
pero tienen frecuencias de miles de veces mas grandes. La frecuencia de las microondas que necesita el
linac para su operación es de Ires billones de ciclos por segundo ( 3000 Mhz ). El voltaje y el campo eléctrico
asociado con las microondas, cambian sinusoidalmente en direccihn y magnitud de una manera regular,
produciendo un voltaje alterno como el que se mostró anteriormente. Las cavidades de las microondas, es un
punto importante de analizar, ya que de estos depende el buen funcionamiento y operación del klystron o
Magnetrón, ya que es uno de los elementos clave para acelerar los electrones.
6.1 Cavidades para las Microondas.
Los equipos aceleradores de partículas que usan microondas para su funcionamiento, incluyen magnetrones,
klystrones y estructuras aceleradoras, los cuales hacen un uso extensivo de las cavidades resonantes para
microondas. Una simple cavidad de microonda similar a la usada en los linacs, es como se muestra en las
figuras 12,13 y 14. Estas cavidades tienen una forma cilíndrica la cual esta diseñada con una gran exactitud,
de cerca de 10 cm de diámetro y varios cm de largo. La cavidad de microonda es un eficiente elemento en el
sentido de que, el intenso campo eléctrico “E” necesario para estas aplicaciones se estabiliza por una
pequeña cantidad de energía eléctrica dentro de esta pequeña cavidad. Este es un fenómeno de resonancia
que ocurre a una frecuencia, en este caso 3000 Mhz, esta frecuencia esta determinada por las dimensiones
de la de la cavidad, estas cavidades están formadas por paredes de cobre para que se cuente con una alta
conductividad tanto eléctrica como térmica. Una corriente eléctrica fluye a través de las paredes internas,
moviendo cargas eléctricas de la terminal de una cavidad hacia la otra, como se muestra en las siguientes
figuras.
Sección A-A
corrtente electrica I carga + -
- - - “ A campo H
- figura 12
Secclón A-A
Comente eléctrtca I carga + - ”-
L “-__ A’
Campo E Campo H
figura 13. Caudad de rntcroonda ctlindrica cerrada con polaridad contraria a la figura mostrada anteriormente r‘
Secctón A-A
Corriente eléctrica I carga + -
z
campo E
L A---_ A’
campo H
Figura 14. Cavidad de rnicroonda cilíndrica, con igual polaridad que la anterior, pero con huecos circular es en
las terminales de las cavidades, en estos huecos se concentra la corriente I , la carga y el campo E, lo que facilita
la aceleración de los electrones a lo largo del eje z.
El campo eléctrico y magnético, la corriente y distribución de cargas que existen en la cavidad tiene una
compleja dependencia en el tiempo y han sido separadas arbitrariamente. La polaridad de la carga eléctrica,
las corrientes y las direcciones de los campos “E” y “H”, son opuestas dos veces cada ciclo de la microonda;
esto es seis billones de veces por segundo. El diseño de estas cavidades es el adecuado para que el haz de
electrones pueda ser introducido de manera que interactúe con esos campos. Los electrones los cuales aquí
dentro, son las cargas acarreadas, fluyen en dirección opuesta.
6.1.1 EL KLYSTRÓN.
El klystron elemental, como el que se muestra en la figura 15, es un tubo amplificador de microondas que
hace uso de dos cavidades del tipo ilustrado en la figura 14, una sección transversal de este (eje z) se
muestra en la figura 15, el cilindro de la parte izquierda forma el catodo, la fuente de electrones para el
klystron. La aceleracicn de los electrones se da dentro de la primera cavidad, la cual se conoce con el
nombre de cavidad buncher o agrupadora. Esta cavidad es energizada por el bajo poder de ¡as microondas
las cuales se sobreponen alternantemente a través del campo eléctrico “E”, esto entre la abertura de la pared
izquierda y derecha de la cavidad. El campo e!éctrico E varia en el tiempo como se muestra en la figura 15
b!. Estos electrones los cuales arriban f3cilmente en el ciclo de la microonda, en los tiempos que
corresponden a los puntos “a y b” son retardados a causa del campo eléctrico E, lo que ocasiona que su
velocidad disminuya. La velocldad de los electrones que arriban en el tiempo b , cuando el campo E es cero,
no son afectados, los electrones que arriban en otros tiempos correspondientes a los puntos “b y c”, son
acelerados por el campo eléctrico negativo “E”. Este proceso es llamado velocidad de modulación. Puesto
que la velocidad es alterada, mas no el numero promedio de electrones en el haz, causa que el electrón fluya
para ser agrupado dentro de la cavidad. El tubo direccionador conecta las dos cavidades, proporcionando la
distancia a través de la cual los electrones se mueven con diferentes velocidades.
Microondas de bajo nivel pAmera cavidad segunda cavdad microondas de alto poder para ser amplificadas (catcher)
alambre caliente electrones agrupados
flujo de electrones colector del haz de electrones
figura a)
campo E
figura b)
Figura 15 . a) secci6n transversal de dos cavidades del tubo klystron usado como el tubo amplificador de las microondas. B) el campo E varia sinusoidalmente a través de la abertura de la cavidad como se ilustra, para incrementar el tiempo t.
La segunda cavidad, llamada cavidad catcher (trampa), es resonante a la frecuencia de la cavidad buncher o
agrupadora, como los electrones dentro de la buncher se salen del tubo direccionador y atraviesan por la
hendidura de la cavidad de trampa, se genera un retardo del campo E, esto por un fenómeno de inducción
de cargas en las terminales de las cavidades, de este modo se inicia el proceso de conversión de energia.
Por este proceso' mucha de la energia cinética de los electrones por su movimiento es convertida en
intensidad para el campo eléctrico E, en la segunda cavidad catcher se crea el poder o mejor dicho la
amplificación de la microonda, el cual es utilizado para energizar la estructura de aceleración. La energia
residual del haz, que no es convertida en poder para la microonda es disipada en forma de calor en el
colector del haz de electrones, en el extremo derecho, este calor es removido por el sistema de enfriamiento
por. recirculación de agua, con el cual cuentan la mayoría de los linacs. Este colector de electrones del haz
del klystron de alto poder, es escudado de manera tal que los peligrosos rayos x creados por el choque de
los electrones sean atenuados. Los klystrones que poseen de tres a cinco cavidades, son usados con linacs
de alta energia de alrededor de los 18 MeV.
E1 adicionar cavidades de microonrias dentro de nuestro klystron, ocasiona la producción de altas
corrientes y un incremento en la amplificación para obtener así un haz de electrones con gran
energía p j . 28,32 M e V . El klystron esta localizado en el stand de nuestro linac, tal como se muestra en la
figura 1 1 .
La figura 16 muestra un corte del tubo klystron, el cual produce cerca de 5 M W de poder pico. El cañón de
electrones (catodo) del tubo, esta localizado en su base. La sección central contiene cuatro cavidades
amplificadoras separadas por tubos direccionadores, la sección superior consiste en el colector de electrones
el cual tiene conectado el sistema de enfriamiento y la salida de la guía de onda. El klystron es de
aproximadamente un metro de longitud, del cual una porción del catodo (cañón de electrones) es sumergida
dentro de un tanque donde se almacena aceite, para proveer el requisito de aislamiento eléctrico. El catodo
es pulsado con un voltaje negativo de cerca de 120 Kv. Las cuatro cavidades cuentan con un control de
ajuste que provee de pequeños cambios en las dimensiones de la cavidad, produciendo la frecuencia
correcta de resonancia para su operación. La cavidad buncher esta cerca del catodo y es energizada por un
bajo poder de la fuente de microondas, la corriente que circula de forma cilíndrica por las cavidades y el tubo
de direccionamiento provee de un campo magnético para confinar y enfocar el haz de electrones, la guía de
onda rectangular conduce los pulsos de poder de la microonda fuera del tubo por la salida de una cavidad
hacia la estructura aceleradora.
6.1.2 EL MAGNETRÓN.
El Magnetrón es la fuente de microondas comúnmente empleada para linacs de bajo poder de energía,
típicamente de 12 MeV o menores, pero ocasionalmente tan altos como 20 MeV p.j. el acelerador lineal
philips 75s. El Magnetrón es usualmente de menor costo, pero menos estable que el klystron. El Magnetrón
se muestra en la figura 17, tiene una geometría cilíndrica (circular en su sección transversal). Su sección
transversal es mostrada aquí, el centro del cilindro es el cátodo, el cual esta rodeado de un espacio
direccionado por 12 cavidades que conforman el ánodo. El cátodo cilíndrico es calentado por un filamento
conectado en cada terminal del cilindro, la geometría circular es característica del Magnetrón, mientras que la
geometría lineal es característica del klystrón.
carga de Ep + - carga de Em + -
S perlfbricas
espacio direccionador \-)dad
Figura 17
figura 17. En un tiempo particular y en un lugar del espacio direccionado, los electrones se mueven en su trayectoria tipica,
S , bajo la influencia del campo magnético el cual es perpendicular a la seccion transversal y a la suma de los campos
eléctricos Ep y Em, los cuales se muestran separadamente.
En esta misma figura un campo magnético estático, H, es aplicado perpendicularmente al plano de la sección
transversal, a su vez se aplica un campo eléctrico pulsado, Ep, direccionado radialmente, el cual es aplicado
entre el catodo central y el segmento del ánodo que incluye las doce cavidades arregladas periféricamente
alrededor de la pared circular.
Los electrones emitidos del catodo son acelerados por el campo eléctrico pulsado, Ep, hacia el ánodo, a
través del espacio direccionado evacuado entre el ánodo y el catodo., Los electrones acelerados inducen una
distribución de carga adicional (+,-), mostrada en los polos del ánodo y un campo eléctrico Em, de la
frecuencia de la microonda entre segmentos adyacentes del ánodo, de una manera similar que en la
cavidad de trampa del klystron. En adición, el campo magnético, H, imparte un componente circular para el
movimievto de los electrones.
El poder de salida del Magnetrón y del klystrón es medido en miles de watt o millones de watt (MW). El watt
es la unidad de poder eléctrico; que es el nivel al cual la energía eléctrica es liberada. Típicamente el
Magnetrón que opera a una frecuencia de 3000 MHZ (correspondiente a 10 cm de longitud de onda), provee
de 2 MW de poder pico de salida durante un destello de radiación.
DIAGRAMA FUNCIONAL DEL KLYSTRON
ana Ceramica
or de agua fria
\ -a /
Cone
.vidades
!ctor d e Entrada de Energía
- p.., Í ' I
: I
Figura 16
7. LA GU~A DE ONDA Y EL CIRCULADOR.
El poder de la microonda es llevado del klystron o Magnetron dependiendo del tipo de linac, hacia la
estructura de aceleración por un sistema compuesto por un tubo al vacío llamado guía de onda. L.a cual se
nuestra en la figura 19, la guía de onda se encuentra entre el stand y el gantry de nuestro linac tal como se
muestra en la figura 11, para así facilitar la rotacicin, esto implica una pequeña sección circular entre la guía
de onda rectangular, este tipo de guía de onda reemplaza el tradicional cable eléctrico el cual resulta
ineficiente para transmitir el poder de la microonda a sus frecuencias de operación, la guía de onda confina
las microonaas por reflexión hacia adelante de las terminales de las paredes del tubo al vacío. Esta guía esta
presurizada con un gas (SF6) el cual reduce la posibilidad de que ocurra un arco eléctrico. Dos ventanas
cerámicas separan la guía de onda presurizada del tubo aislado klystrón, en una terminal de la estructura de
4 aceleración.
El circulador se encuentra en la guía de onda entre el klystrón y la estructura aceleradora, actúa similarmente
a un indicador o seiializador del camino, permitiendo el trafico de la microonda.
/- " .,, 0
Figura 19. a) guía de onda rectangular aproximadamente de 3.5 cm x 7.5 cm de sección transversal. b) guía de onda
cilíndrica de aproximadamente 7.5 cm de diametro interno.
8. INTRODUCCIóN A LA ESTRUCTURA DE ACELERACIóN.
La estructura de aceleración del linac, consiste en una serie de largos y adyacentes cilindros, evacuados
dentro de cavidades y localizados en el gantry como se muestra en la figura 1 1 . Esta estructura hace uso de
los principios de funcionamiento de la cavidad para la microonda en la generación de poder, la que ya ha sido
discutida y aplicada para el klystrón y magnetrón. Aquí, sin embargo, el objetivo es transferir la energía de los
campos E de la cavidad para acelerar los electrones agrupados. Típicamente, las estructuras de aceleración
de linacs para aplicaciones médicas, varian en su longitud de 30 cm para 4 MeV, a mas metros según la
máxima energía con que trabajan.
*
Las primeras cavidades de la estructura varian en tamaiio, típicamente solo un tercio de los electrones
inyectados son capturados y acelerahs por el campo E de la microonda, estas primeras cavidades son
diseñadas para propagar un campo E, lo que conlleva a un incremento en la velocidad. Las demás cavidades
son de tamaño uniforme y proveen de una velocidad constante sobre la onda, tanto como la velocidad de la
luz, Iticialmente los electrones ganan energía predominantemente por el incremefit0 en la velocidad,
después por un incremento en la masa, aquí se observa la famosa relación de Einstein’s de masa-energia
que dice: el incremento en la energía por un movimiento rápido de partículas se manifiesta como un
incremento en la masa.
Virtualmente, todos los linacs médicos operan a frecuencias de aproximadamente 3000 Mhz, para lo cual las
cavidades son diseñadas con 10 cm de diámetro y de 2.5 a 5cm de longitud, estas cavidades son arregladas
de manera que cumplan dos tareas: ( 1 ) para acoplar y distrlbuir el poder de la microonda entre las cavidades
adyacentes y de aquí, a lo largo de toda la estructura; (2) para proveer un campo E conforme a la distribucicin
axial para la aceleración de los electrones. La configuración espacial particular de los campos E y H en la
cavidad es llamado el modo y se denota por la abreviación TEM (transverse electric and magnetic)
Las estructuras de aceleración son de dos tipos; traveling-wave y standing-wave, esto es corredizas o
estacionarias, respectivamente. El campo E original debe ser diferente para cada una de estas estructuras,
por tanto estudiaremos cada una de estas por separsdo.
8.1 ESTRUCTURA DE ACELERACION CORREDIZA. WAVE-TRAVELING. 1 Éste fue el primer prototipo de estructura de aceleración que apareció con los linacs, esta estructura se
muestra en la figura 22. la seccion agrupadora esta en la parte izquierda, aquí, observamos que el diseño de
las cavidades no es uniforme hasta después de l i mitad de la estructura, los electrones acelerados emergen
de la parte derecha, y el poder residual de la microonda no transferido al haz de electrones es absorbido por
la carga al final de la estructura.
En la figura 20 a), se muestra el campo E y la distribución de carga en un instante de tiempo en el plano que
contiene el eje de una guía de onda cilíndrica. Los electrones inyectados a lo largo del eje son
supuestamente acelerados por el movimiento del campo E, desafortunadamente, la velocidad de fase de la
onda excede la velocidad de la luz por lo que no es posible utilizarlo para la aceleración de las partículas
cargadas. Por tanto tenemos que tratar de que la onda sea frenada para que así se de la aceleración de los
electrones , y esto lo logramos al insertar una serie de discos dentro de la guía de onda, como se muestra en
la figura 20 b), de manera que la onda quede en paro cuando se este produciendo la aceleración de los
electrones, estos discos a su vez, dividen la guía de onda en una serie de cavidades cilíndricas, de esta
manera se conforma una estructura básica para el acelerador lineal.
Lonaltud de Onda ( 8 I & / 2 I I
a) guia de onda ctlindrlca plana
b) gui.? de onda cilindrica con los discos cargados
figura 20.
La aceleración de los electrones agrupados en un estructura de este tipo, es similar a la trayectoria que
seguiría un surfeador, colocado justo en la cresta de la onda con una velocidad Vm, figura 21 a).
Similarmente se muestran dos electrones agrupados con una velocidad Ve que son acelerados por la porción
negativa de la onda del campo E en movimiento, este campo E es creado por la distribución de cargas
mostrada en la figura 21 c), el surfing y los electrones agrupados se desplazan a una velocidad respectiva de
la onda en movimiento.
Para una mejor comprensión de la aceleración de los electrones, en de esta estructura, consideremos a este
surfing sobre una ola de agua, en analogía con la onda senoidal del campo dentro de la estructura. El surfing
tomara una mayor velocidad si llega a tomar la ola de agua en el punto máximo de la cresta, por lo que
tomara la máxima velocidad, esto lo podemos suponer con los electrones dentro de la estructura de
aceleración.
En el momento en que se inyecta la microonda dentro de.la estructura de aceleración, los electrones son
disparados por el cañón de electrones, esto, en un instante para el cual los electrones se monten sobre la
microonda en paro, en el pico máximo negativo (recordemos que la aceleración se lleva a cabo en la parte
negativa del ciclo de la onda).
Las cavidades para las microondas de la estructura de aceleración, son construidas de cobre, este material
es usado dada su alta conductividad calorifica la cual improvisa el control de temperatura y dada su alta
conductividad electrica, reduce el poder de perdida. La estructura de aceleración (figura 22), consiste en una
serie de partes torneadas precisamente: discos entre pequeñas secciones cilíndricas, esta secuencia de
discos y pequeños cilindros son ensamblados a lo largo de una estructura delgada para una energía en
particular (se considera la mas alta). Altas energías requieren mayor numero de cavidades y estruc!uras
mas largas. Todas las partes de esta estructura aceleradora son ensambladas utilizando soldadura de F!ata,
esto ya que las temperaturas alcanzadas por la estructura son de miles de grados centígrados y por tantu> es
necesario usar soldadura que soporte estas temperatwas, como lo es la de Ag.
E - I L
Ve
I " E +
Figura 21. Principio de la estructura traveling wave. a)un surfeador avanzando sobre una onda de agua hacia la derecha,
b)para los electrones agrupados, ocupando una posición similar en un campo eléctrico en movimiento E (por simplicidad se
dibuja la porción negativa del campo en la parte superior de la gráfica), c)la distribución de cargas asociadas a lo largo del
cilindro
Después de haberse ensamblado estos cilindros y los discos, la estructura se sincroniza a una frecuencia de
resonancia precisa, cuando se arma la estructura el primer paso es establecer las dimensiones correctas de
las cavidades. Después cada cavidad es finamente sincronizada por un mecanismo de ajuste, el cual provee
de un pequeño cambio de orden de los micrómetros. Las cavidades ahora resonantes a la misma frecuencia
proveen una optima ganancia de energía para la aceleración de electrones.
Figura 22. Aquí se muestra un corte de la estructura de aceleración del tipo corrediza (traveling), la sección agrupadora es la parte izquierda y la sección uniforme es la parte derecha.
8a. ESTRUCTURA DE ACELERACIóN ESTACIONARIA. STANDING-WAVE I En la actualidad todos los linacs médicos producidos utilizan éste tipo de estructura de aceleración, debido a
que puede llegar a ser mucho mas corta, y se pueden obtener mayores cantidades de energía en solo unos
cuantos cm de longitud. Estas estructuras operan de manera semejante a las descritas anteriormente, con la
diferencia de que la onda del campo E, varia en magnitud con el tiempo, de una manera sinusoidal. Algo asi
como la forma de un violín musical.
Pero es posible convertir la estructura anteriormente descrita en una estructura de forma estacionaria-
standing - esto lo logramos con el siguiente efecto. Acordamos llevar acabo un movimiento hacia adelante 'f'
y un movimiento hacia atrás 'b' de la onda del campo E. La cual será reflejada en ambas partes de las
terminales de la estructura, los dos movimientos del campo E, resultan en una onda como la que se muestra
en al figura 23, esto para tres tiempos secuenciales. El campo resultante es la suma de los movimiento hacia
a delante y hacia atrás, lo que resulta en la eliminación de esta onda, para que así tengamos la oportunidad
de llevar acabo la aceleración de los electrones, ya que recordemos que tenemos, al menos, que detener la
onda de éste campo para poder llevar acabo la aceleración.
En ausencia de perdidas tanto de potencia como de partículas cargadas, la cantidad de energía del haz de
electrones encontrado a la salida de éste tipo de estructura, resulta ser idealmente del doble que la que
produce la estructura de aceleración traveling wave - corrediza. J
TIEMPO FASE
11 w 11
1 2 3 4 5
I T 1 I T = "I - I L I
\
12 w 11 + 1112
r'
13 wtl + I I
NEGATIVO POSITIVO - - ECAMPOMÁXIMO "
Figura 23. Dos ondas corredizas se mueven en direcciones contrarias (f, hacia adelante y b, hacia atras) las cuales generan una estructura estacionaria. AI tiempo t2, el campo E es cero en todas las cavidades, el original se muestra en el tiempo tl. Las cavidades se muestran enumeradas.
Las cavidades ya ensambladas, que después de realizar los movimientos al campo, quedan con un campo 'cero', no juegan un papel importante en la aceleración de las partículas, por lo que pueden ser colocadas fuera del eje direccionador, y de esta manera poder acortar el tamaño de la estructura.
9. IMANES DE DOBLAMIENTO Y TRANSPORTE DEL HAZ.
Una consideración fundamental en el disefio para llevar acabo óptimamente todo, es, tratar de igualar las
capacidades del sistema de transporte del haz a las características del haz de radiaciin máximo del linac en
particular.
El sistema de transporte del haz en linacs médicos puede responder adecuadamente a las condiciones de
operación las cuales llegan a afectar la estabilidad y simetría del haz, parámetros de suma importancia. La
asimetría se presenta cuando los rayos x primarios en forma de lóbulo, figura 24, no chocan con el filtro de
aplanamiento simétricamente. Esto también puede ser debido a un cambio en el ángulo de incidencia del haz
de electrones en la tarjeta o también al desplazamiento lateral que sufre el haz de electrones hacia la tarjeta.
Esos cambios son resultado de cambios en el poder de la microonda y de la frecuencia de esta, todos estos
problemas se resuelven con sistemas tales como un controlador automático de frecuencia y otros sistemas,
los cuales se basan en una muestra del haz de radiación la cual se obtiene vía un par de cámaras de
ionización colocadas en el cabezal de tratamiento que mas adelante lo veremos.
Muchas unidades que usan tratamiento isocentrico emplean nominalmente un simple sistema de imanes el
cuál desvía el haz de electrones 90 o 270 grados, con la estructura de aceleración montada horizontalmente
en el gantry. El sistema de doblamiento a 270 grados es usualmente acromático (no existe dispersión), lo que
resulta en un isocentro alto, para así poder obtener un linac de alta energía. Es importante mencionar que el
tamaño de los imanes contribuye de manera importante a las propiedades de enfoque del haz.
Establecer y preservar adecuadamente la posición del haz de electrones en dirección hacia la tarjeta de
producción de rayos-x ó a los filtros de dispersión, para mantener la simetría de la radiación, viene a ser mas
dificultosa en los linacs que operan en un amplio rango de energías. Los linacs actuales de alta energía
incorporan un conjunto de hasta seis imanes discretos en sus sistema de transporte. A causa de la histeresis
que presenta el material de los imanes y los efectos de saturación, son programados secuenciales cambios
de corriente en los imanes, esto para establecer una exactitud en los diferentes rangos de energía con los
cuales queremos contar a la salida del cabezal de tratamiento.
Como hemos visto, el optimo sistema de doblamiento para los linacs actuales viene a ser de 270 grados,
dirigiendo el haz tiacia un orificio circular. Como comentamos anteriormente la configuración que utilizan
provee de buenas propiedades de enfoque acromatico. Como se muestra en la figura 25, el ángu!o y la
distribución de energías son enfatizadas, los componentes de baja energía son deflectados hacia un orificio
de radio pequeño, mientras que los componentes de alta energía son deflectados hacia un radio un poco mas
grande, con las energías intermedias situadas entre esos extremos.
La propiedad importante de los imanes radica en que estos tres componentes de energía son llevados al
mismo tiempo hacia la misma posición dentro de la sección transversal que debe de seguir el haz de
electrones hacia la tarjeta, esta precisión nos da como resultado el que se puedan reproducir haces, hasta de
3mm de diámetro, este pequeño punto focal asegura que se puedan llevar acabo tratamientos con haces de
rayos-x, con tamaños en los campos mrry precisos.
Esta característica anteriormente menc'onada resulta ser critica, ya aue la gran uniformidad del haz permite
separar la radiación del tumor y algún órgano aledaño a éste.
Cabe hacer mención que los primeros aceleradores lineales y los que se produjeron posteriormente, los
cuales trabajaban con baja energía, no utilizaban los imanes de doblamiento, sino que el haz de radiación
salía directamente, y por este motivo ese tipo de unidades tenían una estructura de aceleración mas corta y
la cual era montada de forma vertical y fija, esto para permitir una rotación isocentrica en el tratamiento.
A continuación se presentan una serie de esquemas donde se ilustra la manera en que se lleva acabo el
doblamiento de haz y todo el proceso de transporte de este.
EJEMPLOS DEL HAZ RESULTANTE
I
A la salida de la tarjeta (Lobulo Origina:.)
A la salida del colimador Primario
A la salida del filtro de Aplanamiento
Figura 2 4
TRATAMIENTO DEL HAZ DE ELECTRONES
S( t
APLANAMIENTO DEL HAZ
100 cm
I
' I
FIGURA 2 7
I O . CABEZAL DE TRATAMIENTO - TREATMENT HEAD
La característica de los rayos-x y de los electrones de tratamiento están fuertemente influenciados por el
diseño del cabezal de tratamiento (treatment head). Un diseño representativo es ilustrado en la figura 26. En
adición a los imanes de doblamiento, a una estructura de protección fija, y a los colimadores movibles, el
cabezal contiene la tarjeta de producción de rayos-x, los filtros de aplanamiento del haz y en algurlos casos
los filtros de dispersión de los electrones, algunas veces montados a lo largo de un carrusel. Inclbido tambikn
un sistema para producir un campo de luz, el cual utiliza un espejo para producir la iluminación de campos
hasta de 40 x 40 cm, todo esto para facilitar la posición del paciente durante el tratamiento, ademas el
cabezal contiene un par de cámaras de ionización ensambladas para un monitoreo y control del haz de
radiación de manera tal que produzcan señales eléctricas cuando la dosis de radiación preestablecida se
halla completado. En la figura 27, se nuestra'esquemáticamente todo el tratamiento del haz de electrones
después de haber pasado por la etapa de doblado.
La tarjeta de producción de rayos-x, es retractable y es movida fuera del eje, cuando se programa una terapia
con electrones. De la figura anterior podemos ver a un colimador primario que limita el máximo tamaño del
campo para la terapia con rayos-x, también se muestra el efecto del filtro de aplanamiento para obtener la
uniformidad del haz, eliminando así el pico delantero del haz (algunas veces llamado punta de flecha), es
importante mencionar que si no se llevara acabo este aplanamiento el haz de electrones seria perjudicial
para el paciente, El tamaño del campo de tratamiento es definido por un colimador secundario consistente de
cuatro blocs emplomados, para ayudar a proveer un tamaño mas preciso para los campos de tratamiento, el
movimiento de estos blocs es confinado a arcos de manera tal que la cara del bloc, presente una forma plana
en su superficie delimitada, para el haz divergido que viene de la tarjeta. Existen accesorios para modificar el
tamaño del campo de tratamiento en la modalidad de rayos-x, tales como cuñas, compensadores de tejido,
contornos individuales y blocs de sombras. Todos estos accesorios pueden ser montados en un slott que
tiene el cabezal de tratamiento en su terminación. En el caso de tratamiento con electrones existen también
accesorios para modificar el tamaño del campo, estos son llamados aplicadores, que son los encargados de
proporcionar la uniformidad del haz hasta que éste, llegue a tener contacto con el paciente.
Cámaras de lonización, Dosimetria y Sistema de Direccionamiento del Haz.
La monitorización del haz con cámaras de ionización para un linac conteporanéo de alta energía, es
construido de varias placas o electrodos, cuyas áreas pueden ser divididas en sectores de manera tal que el
monitoreo funcioné para dos diferentes propósitos: 1 .- dosimetria de los rayos-x y para haces de electrones
usados en terapia, y 2.- rnonitoreo de la distribución de la intensidad del campo irradiado.
El resultado de estas señales puede ser usado en circuitos automáticos de servo-control para direccionar el
haz a través del la estructura aceleradora, imanes de doblamiento y dentro de la tarjeta de dispersión hast,? el
aplanamiento del haz, todo esto para poder tener simetría en el haz resultante.
Tal como se muestra en la figura 26 estas cámaras de ionizacion están localizadas justo debajo del filtro de
aplanamiento o laminillas dispersadoras. Esta cámara consiste de tres placas polarizadas y dos playas
colectoras, esta ultimas dividida en cuatro sectores los cuales definen cuatro diferentes volúmenes de
colección. El voltaje que se utiliza para la polarización de estas es de 500v usados con el espaciamiento de
un par de placas a Imm, los dos sectores interiores de estas cámaras proveen señales para dosimetrii. ‘I
direccionamiento del haz, mientras que los dos sectores únicamente para direccionamiento. Existe u13
técnica de construcción de estas placas colectoras las cuales se forman por una placa metálica dentro de L r
deposito al vacío, estas tienen la característica de liberarse de un control de temperatura y presión a Io.;
cuales están expuestas. El sistema de monitoreo dosimetrico es el encargado de medir la cantidad y
uniformidad del haz de radiación el cual le llegara al paciente. En muchos de los tratamiento llevados acabo
por esta unidades se usan campos de aplicación pequeños p.j. el linac Varian Clinac 18, nos proporciona
campos hasta de 2mm x 2mm, para estos casos resulta un poco complicado este monitoreo, pero se da una
tolerancia en las mediciones de un + 3%, que es un parámetro muy aceptable.
La línea central a través de la cual viaja el haz de radiación, establece una orientación angular de las placas
colectoras semicirculares con respecto al plano de coordenadas transversal y radial del haz, el cual proviene
del doblamiento magnético. En general los electrodos colectores inferiores A y B son los encargados de
proporcionar las señales del plano radial, mientras que los electrodos superiores C y D son los encargados
de mandar las señales que corresponden al plano transversal. Primeramente las señales . A y B son
amplificadas, posteriormente son sumadas vía otro amplificador para proveer un la indicación de la tasa de
dosis, posteriormente esta pasa a través de un circuito integrador el cual se orienta directamente a un canal
DOSIS 1 . Similarmente las placas C y D son orientadas de manera tal que nos proporcione el canal DOSIS
2. Los dos canales son totalmente independientes.
Dos grupos de cuatro bobinas direccionadoras son usadas en un sistema de un circuito de sevo-control,
usando las señales de las cámaras de ionización, esto para controlar y limitar el desplazamiento (posición) y
divergencia angular (ángulo) del haz de electrones en las direcciones tanto radial como transversal. Ambos
grupos de bobinas provee de una deflección angular del haz, estas bobinas se colocan inmediatamente
después de que el haz haya sufrido el doblamiento. El principal efecto de estas pequeñas deflecciones
angulares del haz es proveer de un desplazamiento lateral o una corrección en la posición de ésta deflexión,
éste grupo de bobinas esta energizado o se activa con alguna señal de error, generada si el electrón choca
con la tarjeta de producción de rayos-x o con las laminillas dispersadoras para el caso de los electrones a un
ángulo o a una posición que producirá una asimetría del haz de electrones o rayos-x.
11. BEAMS STOPPER, PARADOR DEL RAYO.
En la mayoria de los casos, gran parte del haz de radiación es absorbido en el paciente, el resto sigue
adelante. Esta salida del haz que emerge del paciente se esparce hacia afuera (a lo ancho de unos cuantos
metros) sobre las paredes, techo y piso del cuarto de tratamiento. Las barreras de concreto de
aproximadamente dos metros de espesor, son requeridas para reducir la intensidad de los rayos X y para
proteger al personal que se encuentra fuera del cuarto, lejos de estos rayos de radiación directa. El requisito
extra del grosor de la barrera en la región expuesta directamente por el haz, se puede reducir
significativamente usando un accesorio el cual se diseña para absorber el haz de radiación (figura ). El
parador del haz de radiacion, construido de acero y concreto, absorbe 99.9% de la radiación incidente. Como
resultado, únicamente la filtración y radiación esparcida debe ser protegida; y una barrera de concreto, de un
grosor mas uniforme para todas las paredes, será suficiente, por lo tanto simplificando la construcción del
cuarto y ahorro del espacio. Aunque el parador del rayo de luz reduce el requerimiento del grosor de la
barrera, el acceso al paciente, preparado para el tratamiento es mas restringido, a no ser que pueda ser
retráctil. El parador del haz de radiación se extiende en su totalidad por un control del motor antes del
tratamiento, y es entrelazado para prevenir el tratamiento cuando no está en posición. La unidad del
tratamiento ilustrada en las primeras figuras de esté documento. incorpora contrapeso en vez del parador del
haz y será instalado en un cuarto con suficiente grosor en las paredes para proteger al personal.
12. PUESTA EN OPERACldN DEL ACELERADOR LINEAL
La diversidad de requerimientos necesarios para poner en operación un acelerador lineal es grande. la
complejidad del equipo desde el punto de vista ingenieril nos lleva a considerar el tipo de infraestructura con
el que debe de contar el sitio donde se instalaría un equipo de esta naturaleza, desde los requerimientos de
instalaciones tanto eléctricas, mecánicas, hidráulicas y de construcción, hasta las dimensiones con las que
debe contar la sala de tratamiento para proporcionar un mayor confort al paciente.
El acelerador lineal es un equipo en el que se requieren varios tipos de sistemas ( hidráulicas,
eléctricos, electrónicos, mecánicos ) para llevar acabo su objetivo principal que es el de: proporcionar una
alta tasa de dosis con un tiempo de exposición mínimo, que además de tener una gran linealidad se
tenga una rápida respuesta porparte del rayo.
Anteriormente, hemos estudiado el funcionamiento del equipo por separado , esto es, conociendo
teóricamente como funciona cada sistema o grupos de estos. considero es importante conocer en una forma
general, los principales sistemas de funcionamiento de la maquina, viéndolos desde un punto de vista global,
para as¡ podamos entender el tipo de instalaciones y requerimientos necesarios, tanto para su instalación
como para su puesta en operación. es importante mencionar que después de llevarse acabo la instalación
del equipo, se lleva acabo otro tipo de trabajo, que es el proceso de calibración para la rnaquina, la
calibración dosimetrica, pruebas mecanicas, de rotación, etc.. que en ultima instancia son las que deciden si
el equipo se pone en operacibn con un paciente o no. De aquí la importancia de que personas muy
experimentadas en este tipo de equipos proveídas directamente por el fabricante se han las que !leven
acabo toda la instalación y puesta a punto de todo el equipo.
13. INSTALACIONES FíSICAS
Cabe mencionar nuevamente que para la realización de este trabajo, se considero la instalación de un
acelerador lineal marca variar) mod. 2100 c. con energía dual de 6 y 8 mv et, fotones y de 4 hasta 20 mev
en electrones, el cual fue colocado en las instalaciones hospitalarias de Medica Sur. $
El primer paso que se considera durante la planeación de la instalación, es el área física para la colocación
del equipo clinac ( al 2100 c ), para esto, es importante conocer las dimensiones de las partes principales
que lo componen :
1. Modulador: 123 x 79 x 200 cm
2. Stand y gantry: 370 x 122 x 254 cm
3. ETR, mesa de tratamiento: alto: 62 cm
ancho: 57 cm
largo: 21 5 cm
4. Control electrónico: 62 x 79x 83 cm
5. Consola de operación: área necesaria para, gabinete, monitor y teclados
Por tanto, para la planeación de la sala de tratamiento se debe de considerar estas dimensiones, además de
considerar los giros que realiza el gantry y los de la cama de tratamiento, así, tendremos el área mínima con
la que debe de contar la sala. En la figura 27, se muestran estas dimensiones.
El fabricante en las especificaciones menciona que es necesaria una área de : 7.2 x 6.2 x 3.1 m.
Aproximadamente. En la figura 28, se muestra la sala de tratamiento con sus respectivas dimensiones, en la
cual se muestra el modelo de la sala con el que se debe de contar. En esta se observa un laberinto de
acceso al acelerador lineal esto para disminuir la cantidad de radiación emitida hacia el exterior, además de
contar con un muro saliente de cada lado, en dirección a donde apunta el cabezal del gantry esto es a 180 y
270, estos están determinados por la proyección del haz de radiación sobre estos muros.
Las dimensiones que se proponen en el diagrama 1 , no son estrictas, se pueden hacer algún tipo de
modificaciones siempre y cuando se siga el mismo modelc.
Un punto de suma importancia en este momento de la planeación. es la consideración de la protección
radiologica con la cual debe de contar la sala , dada la cantidad de radiación emitida por este equipo (haces
de radiación hasta de 23 MeV). Esta planeación se lleva acabo con el asesoramiento de un físico. El espesor
de los muros y techos, así como el tipo de materiales de construcción necesarics para cumplir los
requerimientos de protección radiclogica, sujetos a la autorización y control de la comisión nacienal de
seguridad nuclear y salvaguardia de los estados unidos mexicanos. el físico acreditado ante esta comisión
presenta una serie de cálculos basados en una serie de consideraciones generales, las cuales se presentan
en seguida.
1 .De las características del equipo : máxima energía en fotones, fuga del equipo, carga de trabajo del equipo,
si cuenta o no con escudo de protección de haz primario (beams topper).
2. Características del área física dela instalación: localización y alrededores.
3. Se consideran los limites de equivalentes de dosis de radiación anual recomendados por la ICRP.
4. En base a la proyección del haz de radiación sobre los muros, esto para la porción de muros y techos
expuesta a radiación directa. ( como observamos en el diagrama anterior, se considera un cono de 28 de
ángulo, añadiéndose un poco mas a cada lado, 30 cm. 5. Se propone la densidad del concreto para el
blindaje, ya que de esto dependerá el grosor de los mismos, el cual es certificado aurante la obra civil.
Se observa en el diagrama anterior que se debe de contar con una puerta de acceso a la sala de tratamiento
la cual corresponde también a la parte de protección radiologica y por tanto, el físico es el encargado de
determinar sus caracteristicas, generalmente esta puerta esta blindada por plomo, laminas de acero y
polietileno boratado. Esta puerta también cuenta con un dispositivo de seguridad que impide el
funcionamiento del equipo cuando esta no se encuentre totalmente cerrada.
Cabe mencionar que si no son tomadas cada una de estas consideraciones, la operación del equipo se vería
obstaculizada.
Planeadas las áreas minimas, así como las características de los muros, techos y tipo de materiales para su
construcción, se planean los requerimientos necesarios para la colocación de la maquina dentro de la sala.
Primeramente es necesario hacer una excavación en piso de aproximadamente 35 cm de profundidad, por
3.78 m de largo y 1.68 m de ancho. Esta excavación esta hecha en base al isocentro ya que sobre esta
excavación se colocaria una placa base sobre la cual se montaría la maquina ( stand y gantry ). Es por ello
que se requiere de una perfecta linealidad en el aplanamiento donde se colocaría la placa base, además de
que el equipo debe tener una gran estabilidad.
El isocentro es un punto imaginario sobre el espacio, ante el cual todo el equipo ( gantry, mesa, stand ) y
características de construcción ( muros salientes, excavaciones ) están orientados, por tanto, este punto es
una referencia para llevar acabo todos los posibles tratamientos que puede dar el equipo, cabe mencionar
que para definir este punto son colocados 4 lasers ( uno a cada lado, uno enfrente y otro por arriba ) todos
orientados al isocentro. Como lo mencionamos anteriormente, el isocentro es el primer punto en definir
durante la planeación y posteriormente en la instalación.
Cuando se esta llevando acabo la excavacibn, también se planea el espacio necesario para el paso de toda
la ducteria sobre la cual pasaran, cables, mangueras, tubos, etc. que serán conectados directamente al
stand. los cuales deben ir por debajo del piso.
Es importante mencionar que todo Io referente a la obra civil es llevada acabo por una empresa
independiente al hospital, la cual tiene conocimiento de todas las características del equipo ( por ser
concesionario exclusivo en México del fabricante ), así como de todos los requerimientos de instalación, tanto
eléctrica como hidraulica y mecánica,. por tanto conoce las dimensiones tanto de ductos para cableado
eléctrico, como para el sistema hidráu‘ico que son hechas durante la obra civil, todos estos detalles están
asentados en un documento llamado “guía mecánica” y de la cual se debe cumplir con todo lo ahí
mencionado.
Dentro de los requerimientos del equipo se encuentran los sistemas de ventilación, sistemas de aire
comprimido, sistema de enfriamiento de la maquina por recirculacion de agua, etc. Considero que no tendría
sentido dar las características de todos estos sistemas, así como también los requerimientos de energía
eléctrica del equipo, sin conocer a grandes rasgos como funciona conjuntamente el equipo, después de esto
nos daremos cuenta del por que utiliza este tipo de requerimientos. A continuación se presentan los
requerimientos de instalaciones físicas y todo lo que ello se refiere y posteriormente se mencionara como
funcionan los sistemas principales que conforman el equipo, esto por separado, y se mencionara los tipos de
requerimientos necesarios para esta parte del equipo conforme se vallan mencionando.
14. DESCRIPCIóN DEL EQUIPO.
SUMINISTRO E INSTALACI~N DESCRIPCI~N NOMENCLATURA - -
- - A
MESA PARA PACIENTE ME A
ACELERADOR CLINAC 2100C ACE - -
A MOD .-
MODULADOR
A CONSOLA DE CONTROL Y GABINETE E L E C T R ~ N I L ~ co A MONITOR DE CONTROL DE SALA MS
A - LAS CENTRADOR LASER 4
A
PLACA BASE BAS C
REGULADOR DE VOLTAJE REG C
COMPRESORA DE AIRE COM B
GABINETE DE ACCESORIOS GAA B
MODULO DE RELEVADORES MR B
TABLERO DE ALIMENTACION ELECTRICA AE B
SENSOR DE TEMPERATURA ST B
INTERFONO INT A
UNIDAD ENFRIADORA DE AGUA (FILTRIN) UEA A
MONITOR DE N DE OBSERVACION DEL PACIENTE N M A
CÁMARA DE N PARA OBSERVACl6N DEL PACIENZ N C
A: SUMINISTRADO E INSTALADO POR EL FABRICANTE.
B: SUMINISTRADO E INSTALADO POR EL CLIENTE.
C: SUMINISTRADO POR EL FABRICANTE E INSTALADO POR EL CLIENTE.
15. REQUERIMIENTOS DE INSTALACIONES FíSICAS.
15.1 REQUERIMIENTOS EN ENERGíA ELÉCTRICA.
* Alimentación trifasica en estrella con neutro y tierra física - 220 voltios - 60 Hz - 45 KVA. prever un total de
55KVA incluyendo la enfriadora de agua (UEA).
* Variación máxima de voltaje admisible: 5 O h
* Variación máxima de frecuencia admisible: 1 Hz.
* El tamaño de los cables de alimentación desde la acometida hasta “REG” y de “REG” hasta “AE” debe
ser del numero 2 como mínimo.
* Tierra física:
- La tierra física debe ser del tipo “copper weld” o “pozo”, resistencia eléctrica máxima:
3 ohms.
- Los conductores de tierra deben ser del tipo aislado - tamaño AWG 4 como mínimo
* Regulador de voltaje - 220vl208v ; 75 KVA.
- Instalado en la sala de maquinas, alimenta únicamente el equipo ( no la UEA )
* Tablero de alimentación electrica (AE)
- Tiene la función de proteger los circuitos del equipo así como de conectar y
desconectarlos.
Apagadores de emergencia (PE).
- Una botonera “off‘ de emergencia del tipo hongo con dispositivo de repocisión manual que se encuentre en
la entrada de la sala de tratamiento, otra de cada lado del equipo.
* Seguridades de puerta (SPI, SP2)
- Se conecta al equipo “MOD”
Unidad enfriadora de agua (UEA).
- Se utiliza un sistema de circuito cerrado tipo “FILTRINE“ para esto se prevé una alimentación
independiente a 220 V, con un interruptor termomagnetico de 50 A dentro del tablero de alimentación
“A€” y otro cerca de la “ t i € A .
CQNDICIONES AMBIENlALES PREVISTAS.
”-
LUGAR DlSlPAClON HUMEDAD CAMBIO TEMP’S. TEMP. NOMINAL
LIMITES TÉRMICA TEMP.
23 C
8000 6TU/HR AL PACIENTE ACELERADOR
(TRATAMIEN ) CONFORT SALA DEL
3000 61 UlHR 40 % - 70 % 3 CIHRA. 20 c-26 c
(ESPERA)
AREA DE CONTROL 500 BTU/HRA. 40 % - 70 % 3 C/HRA. CONFORT AL 23 C
PERSONAL
- La tabla anterior no incluye la disipación calorifica producida por el personal e iluminación
- Los ductos de aire acondicionado penetran en la sala de tratamiento por encima de la puerta de entrada
- Debido a la producción posible de ozono, se necesitan de 4 a 6 cambios de volumen de aire de la sala por
hora.
- Es necesario mantener una presión positiva en la sala de tratamiento.
- El sensor de temperatura “ S T prohibe la emisión de radiación al abrirse su contacto en caso de que la
temperatura de la sala sobrepase los limites permitidos.
15.2 REQUERIMIENTOS DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS E HIDRÁULICAS.
* ILIJMINACI~N.
NOMENCLATURA.
CG contacto de servicio general 127 v polarizado a 40 cm. De N.P.T.
CC contacto para la computadora -127 v polarizado a 40 cm. De N.P.T
CL contacto para centrador láser -127 v - 50 w. En losa (LAS 1) y muros a 1.30m.
(LAS 2 - LAS 3) A 2.30 m de NPT.(LAS 4).
LG lampara de iluminación general - 127 v incandescente en plano o muros.
LP lampara de colocación de paciente -127 v incandescente en plafón.
LE lampara de emergencia -127 v incandescente o fluorescente.
LS lampara de señalización de tratamiento “peligro radiación” -127 v -6Ow roja. Por
encima de la puerta de entrada y al exterior de esta sala, una en el pasillo “trampa”
y otras dos junto laos apagadores de emergencia de c I lado del equipo a 1.80 m.
ACG apagador de control general a 1.30 m de NPT en área de control.
ADC apagador (dimmer) a 1.30 m de NTP en área de control.
ADP apagador (dimmer) lamparas de colocación al paciente LP. A 1.30 m. En sala de
tratamiento.
MR modulo relevador para control de iluminación y lasers.
*NIVELES DE ILUMINAC16N.
-5OOLX MíNIMO PARA LA ILUMINACIóN GENERAL LG A 90 cm. DE N.P.T. 200LX PARA LA SALA DE CONTROL Y LA
ILUMINACIóN PARA LA COLOCACIóN DE PACIENTE L P A 90 cm. DE N.P.T.
*NOTAS
- El apagador de control general permite apagar las lamparas de colocación de paciente LP. Los centradores
lasers CL. El circuito de televisión de observación al paciente, y el monitor de control de la sala.
- El control de los centradores lasers as¡ como de la iluminación general se hace tambien desde el
acelerador por medio del modulo relevador MR.
- Las lamparas de emergencia LE se conectaron a la planta de emergencia del hospital.
15.3 REQUERIMIENTOS DE TUBOS, DUCTOS, REGISTROS Y CABLEADO ELÉCTRICO.
C O consola de operación, salida por el piso del área de control en un registro en la pared a 40 cm.
MS monitor de sala, chalupa sobre la pared a 2.20 cm, en la sala de tratamiento con contacto polarizado a
127 v, controlado por A C G y tapa tipo teléfono.
A C E acelerador, registro en piso colocado en la placa base del equipo ( entregado por el fabricante, varian )
MOD modulador, salida por el piso de la sala contra la pared en registro de piso.
TVC cámara de TV, chalupa sobre la oared a 2m del n.t.p. en la sala de tratamiento.
TVM monitor de TV de observación a paciente, chalupa a 40 cm del ntp. Con contacto polarizado doble de
127 v controlado por A C G y tapa tipo telefónico en área de control
INTI interfono de comunicación con el paciente, chalupa a 1.30 m del ntp. Con contacto polarizado a 127 v
controlado por A C G y tapa tipo telefónica en área de control.
INT2 interfono de comunicación con el paciente, chalupa a 1.30 m o en el falso plafón de la sala de
tratamiento.
TEL terminal de línea telefónica del hospital a 1.30 m del ntp.
A E tablero de alimentación eléctrica, en la pared a 1.60 m del ntp.
P E parada de emergencia. Botonera “OFF” del tipo hongo en la pared a 1.30 m del ntp. Con un
dispositivo de reposición manual.
SPI-SP2 seguridades de puerta, interruptor de palanca que cierra su circuito al cerrarse totalmente la
puerta de entrada a la sala de tratamiento.
C P comando de puerta ( ya que la puerta es eléctrica), situado cerca de la puerta al interior y al exterior, se
previó un circuito de seguridad de abertura mecánica y conexión a la planta de emergencia para los
casos de interrupción de la energia eléctrica.
MR modulo relevador, caja de conexiones con dos tablillas de C12 conexiones y dos relevadores a 24. v,
corriente continua 10 amp. 1 contacto inversor , colocado en el falso plafón y contra el muro atra.? del
modulador MD.
ST sensor térmico (seguridad de temperatura), sobre la pared a 1.60m del ntp. En la sala de tratamiento.
INSTALACIONES HIDRÁULICAS.
UEA unidad enfriadora de agua
COL coladera para evacuación de fugas eventuales de agua, la línea de drenaje principal debe estar situad, I
fuera de la sala de tratamiento, se debe cuidar de que la conexión de la coladera al drenaje no cruce r i
este cerca de las ducterias eléctricas en el piso.
TAR tarja con llegada de agua caliente y fria, es aconsejable para el llenado del fantomas de agua y otros
usos (limpieza).
* El equipo CLINAC requiere de enfriamiento por medio de recirculación de agua, por lo tanto se
necesito una unidad de enfriamiento autónoma, situada en un lugar bien ventilado, se coloco fuera del
edificio. ( FlLTRlN )
Las especificaciones para el agua de enfriamiento son las siguientes.
FLUJO NOMINAL CAPACIDAD DE ENFRIAMIENTO PXES16N TEMPERATURA DE SALIDA
24 U i n 85350 Btulh 2 3 kglcm 20 c
* L a “ U E A requiere de una alimentación eléctrica de 220 v - 3 fases - 50 A , desde el tablero de
alimentación eléctrica “EA y de una protección de 50 Amp cerca de la unidad.* El circuito de agua
entre “ U E A y “ACE” se realiza con una tuberia de cobre aislada térmicamente.
* Se deben instalar llaves de paso en la cercanía de “ACE” y ” U E A
* Se deben instalar dos termómetros, un filtro, y un medidor de presión en la salida de la “ U E A
AIRE COMPRIMIDO.
- El circuito de aire comprimido entre “COM” y “ACE” fue con tubería de cobre empotrada en el piso de la
sala de tratamientos y llegar a “ACE” junto con la tuberia del agua.
- La presión del aire : 7 kg/cm ; de -1 c a + 5.6 c ; aire seco y limpio
- Flujo de aire ; 1.7 m/hr a 3.6 kg/cm . fue producido en un estanque con capacidad de 38 Its..
- Se instalaron llaves de paso en la cercanía entre “ACE” y de “COM” y un conector
rápido en “ACE”.
- Se construyo una base de concreto para colocar la “UEA además de que el techo también lo es , ya que
es la superficie de paso de vehículos del estacionamiento.
15.4 CONSIDERACIONES SOBRE LOS REQUERIMIENTOS DE ENFRIAMIENTO POR MEDIO DE
REClRCULACldN DE AGUA.
* El acelerador tiene cuatro regímenes de funcionamiento:
1 .- Régimen de espera ( standby )
Fuera de las horas de trabajo del servicio ( noches, fines de semana y días festivos ):
la unidad enfriadora de agua debe estar en funcionamiento ; se requiere eliminar solamente una disipación de
calorifica a 6828 BTU/HR.
2.- Régimen de servicio ( mode release)
Aproximadamente 42 min/hr. se requiere una capacidad de enfriamiento de 34140 btu/hr.
3.- Régimen de selección de energía ( readylenergy select )
Aproximadamente 6 min/hr. Se requiere una capacidad de enfriamiento de 42675 btu/hr.
4.- Régimen de modo de radiacion ( beam-on).
Aproximadamente 12 min/hr. se requiere una capacidad de enfriamiento de 85350 btu/hr.
Nota: todos estos datos se toman en consideración de tratamiento en 6 pacientes por hora.
* Presión máxima de agua : 7 kgicm
* Flujo de agua : mínimo : I2 Umin. Con una temperatura de entrada de 10 c.
máximo : 45 Umin con una temperatura de entrada de 25 c.
* La temperatura del agua no puede provocar condensación.
* El acelerador regula su propia temperatura de funcionamiento por medio de un sistema de control de
válvula, que regula el flujo de agua. Se debe tomar en consideración que , en régimen de espera , el flujo
esta limitado a un valor muy reducido.
REQUERIMIENTOS VARIOS.
* El piso de la sala de tratamientos tiene que ser nivelado en la zona del acelerador “ACE” y de la mesa
“ME” a 1.80m del isocentro, esto para que se pueda soportar una carga de 12000 kgs.
* Se tiene que dejar una excavación de 1.70 x 3.80 m. Esto para la colocación de la placa base, el fondo de
la excavación debe estar sin ondulaciones y perfectamente bien nivelado.
* La colocación de la placa base y las conexiones de agua y aire comprimido en “ACE” se llevan a cabo con
el asesoramiento del personal del fabricante del equipo.
* Después de la colocación y nivelación de la placa base se rellena la excavación y se nivela el concreto sin
contracción.
Se fabricaran cuatro placas de acero, para la fijación de los centradores lasers, los cuales se colocan
posterior a la instalación de la placa base, con el asesoramiento del personal del fabricante.
* El Pis0 de la Sala de tratamiento y el área de control no deben generar electricidad estática, por 10 que se
utiliza loseta vinilica.
16. REQUERIMIENTOS DE PROTECCIóN CONTRA LAS RADIACIONES IONIZANTES.
El espesor de los muros y techo así como el tipo de materiales de construcción esta sujeto a la autorización y
control de la comisión nacional de seguridad nuclear y salvaguardia de los estados unidos mexicanos, en
base a la presentación de los cálculos arlalíticos correspondientes por parte de un físico debidamente
acreditado ante esta institución. Por lo tanto la responsabllidad del fabricante o la de la constructora
encargada de llevar acabo la construcción, no se ve involucrada en lo referente a la protección contra la
radiación derivada del edificio donde se encuentra instalado el acelerador.
CONSIDERACIONES GENERALES.
El área física de la instalación se recomienda esté a nivel del sótano del cuerpo exterior del edificio de
hospitalización y consulta.
El AL tiene montaje isocentrico con DFI= 100 cm y considerar si cuenta o no, con escudo de haz primario
(Beamstopper).
Todo el cálculo debe estar basado en la máxima energía de fotones que proporcione el equipo.
La fuga del equipo se debe considerar del 0.1 % del haz útil a 1 m de la fuente.
Para este valor de energía de R-X, la presencia de neutrones se estima de 0.12% SvlGy pero para los
cálculos se considera 0.1 5% Sv/Gy.
La densidad de concreto que se propone para el blindaje es de 2.35 gmlcc el cual debe ser certificado
durante la obra civil.
Los limites equivalentes de dosis anual recomendados por la ICRP, son tomados y se considera 20 mSv
para POE (personal ocupacionalmente expuesto) y ImSv para NO P O E (publico).
La carga de trabajo para el AL es de 10e-05 cGy/sem (loo%), a 1 m del foco, para el caso en que el AL es de
energía dual, se puede estimar que la mitad de la carga de trabajo anterior se puede asignar para cada
energia, esto para proporcionar condiciones de seguridad se hicieron los cálculos para 750 Gy/sem (75%)
para el uso de los 18 MV.
La porción de muros y techos expuesta a la radiación directa, esta determinada por la proyección del haz de
radiación sobre el muro, considerando un cono de 28 grados de ángulo y añadiendose 30 cm mas a cada
lado.
La puerta de acceso al AL debe estar blindada con plomo, polietileno boratado y laminas de acero, debe de
contar con un dispositivo de seguridad que impida el funcionamiento del equipo cuando esta no se encuentre
totalmente cerrada.
Se considera para estas condiciones, que la contribución por radiación dispersa es minima, por lo que no se
considera para fines de calculo, tomando solo para haz primario y fuga.
CONSiDERAClONES PARA EL CALCULO.
Para las barreras primarias la expresión que determina el blindaje es:
B = D d / W U T
B L = l O E 0 3 D d / W U
Y para la fuga es :
Donde:
B factor de transmisión para el haz primario.
BL factor de transmisión por fuga.
D el limite de dosis por semana correspondiente al equivalente de dosis usado para el
el calculo, esto fue 0.04 cGy para P O E y 0.002 cGy para no POE.
d La distancia al punto de interés.
W la carga de trabajo semanal, esto es 75000 cGy/sem a 1 m.
T es el factor de ocupación.
U corresponde al factor de uso.
DETERMlNACldN DE LOS BLINDAJES.
Con el objetivo de un mayor entendimiento, acerca de la determinación de los blindajes, vamos a considera la
planeacidn de la protección radiologíca, que se llevo acabo en la puesta en operación de un linac, en las
instalaciones hospitalarias de Medica Sur. A continuación, en la figura 28 presentamos un diagrama del
anteproyecto de esta instalación, en la cual se presentan sus alrededores.
-PARED 1 . Localizada hacia el actual cuarto de tratamiento de la unidad de teleterapia con (20-60.
Estimándose que posteriormente se retirara esta y el área se propone para aplicar
braquiterapia, en cualquier caso se considero área controlada.
La pared 1 es barrera primaria. Como es área de tratamiento habrá únicamente pacientes y POE.
Considerando T = l , así D=0.04, U=1/4 y d= 6.6m.
B = 9.3 x 10 e 03 que corresponde a 185 cm de concreto, se proponen 2m de espesor.
PARED 2. Es hacia suelo firme, la estimación se hizo para el punto mas cercano del gimnasio que tiene I na
colindancia lateral a esta pared y se evalúa para fuga. Considerando D-0.002, T=1 y d= 8.7m.
BL = 2.02 x 10 e 03 que corresponde a 130cm de concreto. Esta pared tiene 110cm de espesor perc !a
diagonal que une el isocentro con el punto de interés permite contar con un espesor de
170 cm de concreto.
PARED 3. Localizada hacia la rampa de acceso peatonal y de autos. se considera barrera primaria, la ramp I
de acceso tiene una pendiente de 10 y la parte mas alta esta a 3m del piso del AL y a nivel da
isocentro esta a 2.3m del piso del AL, lo cual estrictamente hablando, cuando se coloque er
cabezal a 90 el haz primario dirigido hacia esa pared, el limite superior del campo máximo estaria
a los pies del posible peatón, por tanto se estimara para publico y entonces D=0.002, T=1/16,
U=1/4 y d= 7. lm.
B = 8.6 x 10 e 03 que corresponde a 190 cm de concreto, se consideran 240 cm
Esta misma pared disminuye su espesor mas adelante a 90 cm y se evalúa para fuga al punto mas cercano y
así, D=0.002, T=1/16, y d=6.5 m.
BL = 1.8 x10 e 03 que corresponde a 85 cm de concreto. Con el espesor de la pared, diagonal que une al
isocentro con el punto de interés se tiene un espesor de 110 cm de concreto.
PARED 4 Y 4'. Localizada hacia el pasillo de entrada de radioterapia y hacia los controles de recepción, del
AL y de teleterapia. El blindaje se determina al punto mas cercano en el acceso de entrada,
por tanto D=0.002, T=1/16 Y d= 9.6m.
BL = 3.9 x 10 e 03 Que corresponde a un espesor de concreto de 80 cm, la pared tiene un espesor de
concreto de 1 OOcm.
Para el caso de control de recepción, este queda frente al isocentro y se considera para fuga, existente en
esta dirección la pared 4' se calcula para fuga y se considera D=0.002 T=l y d= 9.3m.
BL=2.3 x 10 e 03 que corresponde a 135 cm de concreto
Sintítul - 2
La suma de los espesores de los muros 4 y 4' es de 210 cm de concreto.
Para el control de teleterapia, aqui se alinea ccn el isocentro cruzando con un espesor de 90 cm de concreto
en la pared 1 . Por tanto se evalúa para la fuga con Io que D=0.04, T=l y d=9.5m.
BL= 4.8 X I O e 03 Que corresponde a 75 cm de concceto. Aqui sobre la diagonal se cubren 140 Cm de
concreto.
SUELO. NO SE CONSIDERA
TECHO. Barrera primaria. Se estima para publico y por tanto D=0.002, U=1/4. T=1/4, d=5 8m entonces.
B= 1.45 x 10 e 03 Que corresponde a 225 cm de concreto. Debido a que en esta parte el techo teniz 180 cm
de concreto se colocaron 45 cm de concreto adicional sumando un total de 251 cm de
concreto.
La loza mas allá de la cobertura del haz primario se disminuye el espesor contando con 100 cm de concreto
normal, se evalúa para el punto mas cercano sobre el techo , este punto es exclusivo para ambulancias y
transporte de pacientes a urgencias, para ello por fugas se tiene que D=0.002, T=1/16 y d=5.5m.
BL = 1.3 x10 e 03 Que corresponde a 95 cm de concreto. La diagonal que une el isocentro con el punto de
interés cubre 110 cm de concreto.
PUERTA. Se hacen dos consideraciones para evaluar el blindaje de la puerta de acceso del AL, la primera
por fuga, debido a fotones a través de la pared 4' y la segunda consideración es por la producción de los
neutrones en el cabezal del AL. En ambos casos es área controlada por tanto T = l , D=0.04
* Por fuga, la consideracion es D=0.04, d=7.5m y T=l. Por tanto
BL= 3 x1 O e 03 Que corresponde a 75 cm de concreto. La barrera 4' tiene 1 1 Ocm de concreto
* Por neutronds, para esta evaluación existen varias situaciones a tomar e cuenta ;
-Se recomendó que el nivel a no rebasar de equivalente de dosis es de 0.3 mSv/sem, pero para este caso se
uso el valor de 0.2 mSv/sem.
-Para el caso del AL de esta energía y según varían, es 0.12% S v E y pero para el calculo se considero
0.15% SvlGy medidos a 1 m del blanco del cabezal.
-Se propone usar polietileno boratado al 5% cuya CHR es de 1.5 cm.
-Para el caso de que los fotones generados hacia la puerta, la CHR será de lOmm de acel-o o E mm de
plomo. Y la contribución de los fotones es de 1/5 de la de neutrones.
Tomando en cuenta las anteriores consideraciones se estimo que el nivel de equivalente de dosis detrás la
puerta por fotones es: 0.036 mSvlsem.
NOTA. ESTA PUERTA REQUIERE DE UN SISTEMA ELECTRICO-MECANICO PARA ABRIRLA Y CERRARLA DEBIDO AL PESO, FOR
TANTO ES NECESARIO CONTAR CON UN SISTEMA AUT6NOMO QUE PERMITA CONTROLAR LA PUERTA
INDEPENDIENTEMENTE DE LA ALIMENT4C16N DE ENERGíA ELECTRIC.4 NORMAL.
17 CONDICIONES DEL EQUIPO.
Dada la complejidad de funcionamiento del equipo seria conveniente que la dividiéramos en partes
fundamentales, para así conocer a grandes rasgos el funcionamiento de cada uno de estos bloques. A
continuación se presenta un diagrama a bloques del acelerador lineal.
SISTEMA DE CONTROL
COMPUTACIONAL
17.1 SISTEMA DE CONTROL COMPUTACIONAL
Este sistema emplea un múltiple procesamiento asincrono en paralelo ( mapp ) el cual coordina todas las
funciones de la maquina. Distribuyendo un procesamiento en paralelo habilita la alta velocidad de control de
operación en los procesamientos series, mientras que los sistemas de diagnósticos (software) continúan
llevando acabo el funcionamiento de la maquina (power-on) , así como también las pruebas que tienen un
tiempo especifico de operación (run-time), para así garantizar la integridad del software y hardware.
MICROPROCESAMIENTO EXCLUSIVO PARA EL TECLADO
USUARIO CONSOLA DEL
il’ LIZIIIL COMPUTADORA DE CONTROL DE COMUNICACION PERIFERICA CON LA MAQUINA
MICROPROCESADOR QUE ES EL ENCARGACO PARA DIRECCIONAR EL HAZ II-” GABINETE ELECTR6NICA CONSOLA DE LA
MICROPROCESADOR DE
b;/ 1 1
/ /”--
CONTROL DEL MODULADOR 0 DEL USUARIO
GANTRY
\ A I I
\ \ * ‘
FILTRO/LAMINAS/BLANCO
\ \
MICROPROCESADOR DE I MICROPROCESADOR DE CONTROL MANUAL # 2 CONTROL MANUAL # 1
figura 29
I CARRUSEL
MICROPROCESADOR
,&CCF:ORIOS
MICROPROCESADOR
MICROPROCESADOR DE CONTROL # 2
Como hemos visto el sistema computacional es complejo, la consola electronica la cual contiene tres
computadoras, es el cerebro de la maquina, aquí se reciben todas las señales electronicas y de funciones de
soporte. Todas estas unidades proven de un control primario al equipo, esto para cada uno de sus cuatro
dlferntes modos de funcionamiento: morning checkout, clinical, procedimientos especiales y servicio.
Los requerimientos necesarios para la consola electronica como para el panel de control del usuario ( moitor
y teclados ), son minimos, es r?ecesario planear una area de operacion por afuera de la sala de tratamieqto,
de aproximadamente 4 x 2 m, cerca de la cual, esten dos contactos de servicio general, 127 v . Para
conectar las computadoras,. se necesita una guia de ductos por debajo del piso, por donde pasaran todos los cables que vienen tanto del stand y gantry como los del modulador, que van conectados directamente E la
consola electronica.
GABINETE MODULADOR.
El gabinete modulador es un sistema, el cual proporciona el poder de alto voltaje que sirve para alimentar a la
maquina de la energia necesaria para su perfecto funcionamiento, este contiene una serie de circuitos d(
controles primarios de poder, asi como clrcuitos de controladores de inician el funcionamiento ( star-up )
otros circuitos importantes.
El sistema modulador suministra un poder de alto voltaje en forma de pulsos, los cuales son requeridos por
por el tubo el cual conocimos anteriormente como klystron, el cual es la fuente de poder que alimenta al
acelerador y que se puede considerar como el corazon del mismo. Este klystron esta generalmente
patentado por su fabricante y es el que selecciona una señal sumamente amplia para la fuente de poder de
radiofrecuencia, la cual proporcionara la señal que viajara por la guia de aceleracion.
Este tipo de klystron es diseñado para maquinas con energia dual como es el caso del clinac, esto ya que se
prove de una gran estabilidad de esta señal.
Como hemos visto el modulador requiere un suministro de voltaje, generalmente alto, de 240 v rms con + 5
%, con el cual se debe de contar linea a linea y de tres fases, para el suministro encargado de los demas
circuitos del modulador, se requiere de una linea de alimentacion de 208 v rms + 5 YO, tambien linea a linea
y de tres fases. Todo esto considerando que el equipo tiene tres principales regimenes de funcionamiento (
se mencionaran mas adelante ), en los cuales cada uno de ellos requiere una determinada carga electrica.
1. standby 3kva 2. ready 20 kva 3. beam-on 45 kva.
Dada la cantidad de caraga que es requerida por el equipo para que funcione eficazmente, estos
requerimientos electricos son tomados de una alimentacion trifasica con tierra fisica tipo pozo, la cual debe
de estar dentro de la subestacion electrica del hospital, la cual es de 240 v a 60 hz, y de la cual puede
tomarse una carga electrica de 55 kva, esto considerando cada regimen de funcionamiento del equipo, asi
como la carga de la unidad enfriadora. Se debe considerar que la variacion admisible del voltaje es de 5 % y
en frecuencia del 1 %, esta linea de alimentacion es llevada al tablero de alimentacion que se encuentra
dentro de la sala del equipo, y de ah¡ directamente al modulador que esta dentro de la sala de tratamiento,
todo esto por ductos que se encuentran por debajo del piso, previamente planeados durante la obra civil.
Cuando el equipo esta en operacion con un paciente y ocurre alguna falla electrica , ya sea por desabasto
por parte de la acometida , y/o por la planta de emergencia del hospital, el equipo dejaria de funcionar, por lo
que el tratamiento no seria acompletado eficazmente y se sometera al paciente a otra nueva dosis de
radiacion, esta situiacion hace prever la necesidad de contar con un regulador de voltaje de -220 v a 208v
con una carga electrica de 75 kva, el cual debe ser instalado en la sala de maquinas del hospital, y tendria la
funcion de alimentar unicamente al equipo.
Anteriormente se menciono la existencia de un tablero de alimentacion electrica, este esta colocado lo mas
cercano posible al panel de control del usuario, esto por motivos de seguridad ya que este tablero tiene la
funcion de proteger los circuitos del equipo si como de conectar y desconectar el mismo.
DRIVE STAND
Esta parte del equipo es la que se considera una de las mas complejas, el drive stand es el que soporta el
funcionamiento del gantry por medio de una relacion de precision, para finalizar exactamente con el isocentro
la rotacion del gantry, ademas de contener todo el sistema que controla las rotaciones del gantry.
Dentro del drive stand se encuentra localizado el tubo klyston que se menciono anteriormente, este tubo
libera un alto poder de energia en microondas, que van directamente a la estructura de aceleracion de la
maquina, esto a través de un sistema de distribucion conocida como guia de onda. Otros componentes que
se incluyen dentro
del stand, esta el sistema de distribucion de agua utilizado para el enfriamiento de ciertos componenetes que
debido al alto voltaje con e l cual trabajan alcanzan un elevado calentamiento el cual liberan hacia el exterior,
este, puede ocasionar un sobrecalentamiento y asi afectar la operacion del equipo, es por ello que estos
componentes, necesitan ser enfriados por medio de recirculacion de agua, algunos de estos se encuentran
tanto en el drive stand como en el gantry. Dentro del stand se encuentra tambien el sistema de gas a presion
( sf-6 ), utilizado por la guia de onda y el cual tiene la funcion de tarbajar como un dielectrico, esto, por la
probable prescencia de un arco electrico, ademas dentro del stand se encuentran adicionales suministros de
potencia, tal es el caso de los modulos de poder que controlan la onda de radiofrecuencia, el que controla la
potencia del selenoide del acelerador, asi como la potencia del selenoide del klystron y el modulo de potencia
del doblamiento magnetic0 del haz de electrones.
Como hemos visto el drive stand es el sitio donde deben de llegar todos los requerimientos necesarios: tanto
de voltaje, sistema de enfriamiento por recirculacion de agua y aire comprimido, (excepto el sistema de
ventilacion), es por ello que durante la obra civil se considera la necesidad de que todos estos ductos llegen
por debajo de la excavacion en donde se colocó la placa base para montar el stand y gantry, en este sitio son
colocados una serie de ductos de un diametro grande ( 17 cm ), por donde se pasan todas estas lineas de
alimentacion directamente al drive stand. Como hemos visto anteriormente el equipo clinac requiere
de un sistema de enfrianiiento por reciclación da agua, es por ello que se necesita una unidad de
enfriamiento autonoma “uea” , la cual es situada en un lugar bien ventilado, lo mas cercano posible a la sala
del acelerador.
La uea, requiere de una alimentacion electrica de 220 v con 3 fases y 50 amp, apartir del tablero de
alimentecion electrica, ademas debe de contar con una proteccion de 50 amp cerca de la unidad. Los
circuitos de agua entre la uea y el acelerador son con tuberia aislada termicamente, estos ductos como se
menciono deben empotrarse debajo del piso de la sala de tratamiento, para llegar al stand por la parte lateral
trasera de la placa base. Dada la cantidad de calor que disipan ciertos componer?tes, deacuerdo a los
regimenes de funcionamiento del equipo, es necesario un flujo de 31 I/min. Los cuales se requieren a una
minima presion diferencial de 1.8 kg/cm (25 psi), a la base de la maquina. La maxima diferencia de presion
permisible a la base de la maquna es de 2.8 kg/cm ( 40 psi ). La maxima presion de agua incluyerrdo la
presion normal de fondo no debe exceder 7.03 kg/cm (100 psi). El flujo de agua minim0 debe de ser de
12 I/min a una temperatura de 10 c y maximo de 15 Vmin a 25 c, se considera que la temperatura del agua
no debe provocar condensacion. El poder de disipacion de potencia dentro der enfriamiento de agua es
aproximadamente de 2 kw en el modo de operacion de standby ( este regime de funcionamiento del equipo
es cuando se encuentra fuera de las horas de trabajo, noches, fines de semana ), por lo que la uea requiere
eliminar solamente una disipacion calorifica de 6828 btu/hr. Cuando el equipo esta en el modo de
funcionamiento de ready (aproximadamente cada 6 minlhr, considerando un promedio de tratamientos de 6
pacientes por hora), asi el poder de disipación de calor es de 12.5 kw, que equivale a tener una capacidad de
enfriamiento de 42675 btu/hr, por la unidad enfriadora de agua, y finalmente cuando se encuentra en el
modo de operación de beam-on ( maximo poder de operación, aproximadamente 12 minlhr) se disipan 25
kw, para lo cual se requiere una capacidad de enfriamiento de 85350 btu/hr Cabe mencionar que el
acelerador regula su propia temperatura de funcionamiento por medio de un sistema de control de valvula,
que regula el flujo de agua. Tal como se muestra en la figura 30.
r’
AGUA FRIA DEL HOSPITAL
1.“ 8,, 3 M- ACELERADOR
MANGERAS
FLEXIBLES
RETORNO
1. LLAVE DE PASO 2. MEDIDOR DE PRESION 3. FILTRO 4. TERMOMETRO.
Flgura 30
Otro sisterna que es requerido por los componentes tanto del stand como del gantry es el sistema de aire
comprimido, este sistema esta echo con tuberia empotrada en el piso de la sala de tratamiento, para que
llége al stand junto con la tuberia de agua. Es necesario aire seco y limpio a una kmperatura entre -1' c a
5.6"c, a una presion de 7 kgkm, el flujo de aire debe ser de aproximadamente 3.5 kgkm para que satisfaga
los requerimientos del equipo.
Dentro del stand mencionamos que se encuentra el klystron, este tubo de microondas que es utilizado como
un oscilador amplificador de radiofrecuencia, debe ser manejado con bastante precaución. Cuando una
persona opera con este tipo de tubos de microondas se ve involucrada con varios riesgos como es el alto
voltaje, la radiación de RF, radiación de R-x, asi como con la formación de gases venenosos sobre la yuia de
onda externa, la cual esta conectada al tubo de rnicroondas. El sistema de gas a alta presión sf-6 puede ser
altamente toxico en presencia de un arco electrico, asi como tambien los compuestos corrosivos. AI igual, es
necesario que los niveles de ozono sean minimos ( se requiere de 0.1 ppm ), esto ya que el ozono en la
atmosfera de la sala de tratamiento en prescencia de radiación, se descompone en metyl-cloroformo, el cual
es un compuesto altamente danifio tanto para el paciente como para el personal. Este conjunto de
situaciones nos lleva a la necesidad de contar con un sistema de ventilación, ademas de mantener una
temperatura agradable para la sala, dada la cantidad de calor liberada por la maquina.
El sistema de ventilación es planeado tambien durante la obra civil en donde se determinan los puntos de
inyección y retorno de aire, generalmente se colocan a los costados del stand, todos estos ductos de este
sistema se encuentran lo mas cercano posible a la loza superior de la sala de tratamiento.
Los requerimientos necesarios de ventilación serian los necesarios para remover 5 kw del stand y gantry, 3
kw del modulador ( estos dentro de la sala de tratamiento ) y de 1 kw del gabinete de contro electronico y de
1 kw de la consola de operación ( estos por afuera de la sala de tratamiento ). Con Io referente a la posible
producción de ozono son requeridos de 4 a 6 cambios de volume de aire de la sala por hora.
GANTRY.
Pegado al drive stand se encuentra el gantry, en el cual sobre su parte superior se localiza la estructura del
acelerador lineal y el cañón de electrones, asi como los imanes magneticos de doblamiento del rayo de
electrones, ademas de los sistemas de dosimetria y el sistema que direcciona el rayo, y tambien los
componentes asociados con estos sistemas.
El acelerador consiste de un cañón rejillado desmontable, el cual inyecta una corriente de electrones dentro
de la guia de onda establecida del acelerador, un sistema de control automatic0 de frecuencia sensa la
frecuencia de operación del la estructura del acelerador y varia la frecuencia de operación del modulo
controlador de RF y del klystron, para asi maximizar la radiación de salida, esto es , la inyeccion de corriente
de electrones dentro de la guia de onda debe estar perfectamente sincronizada con la frecuencia de
operacion del controlador de RF, para que los electrones se monten sobre la microonda y sean acelerados a
su maxima velocidad a traves de la guia establecida de aceleracion.
Una serie de embobinados electromagneticos sobre la guia del acelerador posicionan al haz del rayo dentro
de esta estructura. Un switch de energia montado sobte la parte superior de esta guia varia el acoplamiento
entre las secciones de la guia para la variacion de la energia de los rayos-x que se quieran a la salida. Un
sistema de vacio, mantiene el alto vacio necesario para la operacion de la estructura del acelerador y del
cañon de electrones.
El haz de electrones generado por las fases de aceleracion sobre la guia de onda, es pasado al sistema de
doblamiento magnetico y a la unidad principal de tratamiento, el cual direcciona el haz a traves de varios
ertsambles para moldear, monitorear y colimar este haz. El sistema de doblamiento magnetico, provee una
acromacion del haz de electrones COII un doblado de cerca de los 270, esta acromacion se lleva acabo
dentro de una camara de vacio, dentrc de la cual el haz de elctrones de una energia definida pasa a traves
de una ranura con un determinado angulo radial y transversal, el cual es direccionado por unas bobina, en
este punto el haz de electrones impacta sobre una placa de tugsteno como blanco para obtener a la salida
rayos-x, si lo que se quieren son electrones solo se retira esta placa. En la figura 26 se presentó un esquema
que muestra la estructura del gantry.
Como hemos visto hasta ahora todo el proceso de tratamiento del haz de electrones implica disipacion de
calor por los diferentes accesorios por donde este pasa, es aqui donde entran todos los requerimientos de
enfriamiento por agua, asi como los de aire comprimido.
El haz de electrones continua dentro del colimador primario, el cual limita el tamaño del campo maxim0 para
utilizar los rayos-x en terapia, este entonces pasa por un carrusel, el cual rota por un mecanismo mecanico,
el cual contiene filtros de aplanado para los modos de rayos-x y laminillas dispersoras para el modo de
electrones, dependiendo sobre el tipo de tratamiento y la energia seleccionada por el operador, el sistema de
control coloca el filtro o laminillas correctas, en la direccion del haz de electrones, posteriormente pasa a
traves de una camara de ionizacion sellada, la cual contiene dos placas sensoras independientes ( radial y
transversal ), para la medicion integral de la dosis, cada canal de medicion de la dosis es capaz de
determinar la exposicion cuando la dosis deseada es integrada y liberada, y puede discriminar entre la
posicion y el angulo del rayo en turno, cada canal es interrogado por el sistema de control para mandar la
informacion a un circuito integrador antes de cada tratamiento.
La colimación variable esta dada por el colimador secundario, el cual contiene dos pares de colimadores que
se mueven a traves de arcos aproximadamente perpendiculares al haz de electrones. Un indicador de
distancia optica odi y una luz que define el campo son integrados dentro de este colimador, el odi nos
proporciona una determinacion exacta de de la distancia fuente-cuerpo, ssd (source skin distance), y la luz
del campo indica el tamaño y la forma del campo a irradiar que incidira sobre el paciente. Los filtros de cuña,
los blocks de sombra, los filtros de compensacion, los aplicadores de electrones y otros accesorios C O : ~ los
cuales cuenta el equipo, pueden ser utilizados para un tipo especial de tratamiento. El gantry puede ser
rotado en sentido a las manecillas de reloj o en sentido inverso a estas, para pcsicionar el haz cuandc. se
lleva acabo una terapia de arco, el gantry rota dentro de los limites puestos en el panel de control por el
operador, el angulo del gantry es desplegado continuamente sobre un display digital montado sobre el frente
del gantry, la parte baja del gantry se utiliza para la colocacion de un escudo primario llamado beamstoppe: ,
MESA DE TRATAMIENTO.
La mesa de tratamiento esta diseñada para llevar acabo
acelerador, ademas esta diseñada para simplificar la carga
las tecnicas mas
del paciente esta
complicadas de terapia con el
cuenta con un puerto donde S€
coloca un casset, el cual contiene una pelicula ( Radiografia ) la cual es tomada anteriormente en (,I
simulador. La mesa cuenta con un control alambrico en cada lado ( Hand Penda1 ) con los cuales el operador
puede simultaneamente controlar cuatro velocidades variables, motorizar la mesa y mover el gantry, ademas
de poder regular la luz del campo, la iluminacion de la sala y otras funciones para tratamientos especiales
del clinac.
A cada costado de la mesa se encuentra un panel de control con el cual podemos llevar a cabo los movimientos longitudinales y transversales de la mesa, as¡ como extender la cama para poder localizar el
isocentro cuando se esta haciendo un tratamiento, as¡ como para los movimientos del beamstopper. Cada
panel de control cuenta con un interruptor de paro de emergencia, la mesa de tratamiento contiene paneles
removibles para facilitar tratamientos posteriores y posteriores-oblicuos (tecnicas especiales de tratamiento).
Ahora, despues de haberse conocido de forma muy general el funcionamiento interno de cada componente
de la maquina, as¡ los sistemas en conjunto, ademas de los requerimientos internos de cada uno de estos
para su buen funcionamiento, tendremos una mejor idea de lo que es un acelerador lineal y la gran
diversidad de consideraciones que la puesta en operacion de este equipo implica.
CQNCLUSIONES.
Hemos visto como con el desarrollo de la tecnología dentro del campo de la radiología, se ha logrado
introducir a la radioterapia el acelerador lineal, un equipo que se ha logrado construir gracias a algunos
descubrimientos que ya estaban hechos, como lo es el klystron, el tubo de rayos x, etc. y contando siempre
con personal que día a día se interesa por mejorar lo que tenemos. Gracias a todo esto, hoy en día
contamos con el acelerador lineal en aplicaciones radioterapeuticas. Con el cual podemos aplicar altas dosis
de radiacibn con tiempos de exposición mínimos, que además de tener una gran linealidad tenemos una
rápida respuesta por parte del rayo. Lo que trae como consecuencia un alto beneficio para el paciente y una
gran seguridad para el usuario, además de tener un mayor control de la operación del equipo.
Como se ha mencionado durante el trayecto de este texto, son muchos los sistemas de soporte y un gran
infraestructura con la que se debe de contar para poner en operación un acelerador lineal, por mencionar
algunos tenemos el sistema primario, el cual lleva a cabo las funciones que contribuyen directamente a la
generación de los rayos x y electrones puros, el sistema de soporte, el cual realiza las funciones que asisten
al sistema primario y el sistema de control, que direcciona y regula la operación del sistema primario, sin
olvidar la parte de protección radiológica.
Este es un equipo completo, pero sus beneficios son superiores, gracias.a ésto, hoy en día muchas
compañías, por ejemplo, SIEMENS, THOSHIBA, VARIAN, PHILLIPS, etc. siguen mejorando y aumentando
las características de los aceleradores lineales, para lograr así mejores técnicas de tratamiento, mayores
dosis de radiación en tiempos mínimos y descubriendo mejores accesorios (aplicadores, cuñas, etc.) con los
cuales se logrará un mejor tratamiento.
Por lo anterior, será conveniente que las instituciones medicas, tanto privadas como gubernamentales contar
en el área de radioterapia con un acelerador lineal. En nuestroPaís, contamos con personal capaz de
desarrollar proyectos relacionados con nuevas técnicas de tratamiento y porque no tambien con nuevas
mejoras tecnológicas al equipo, que conllevaría finalmente con un mayor beneficio al paciente.
APENDICE A
La siguiente descripción y algunas ilustraciones de los siguientes aceleradores lineales médicos ah sido
obtenida directamente de IGS manuales de usuario de los mismos, portanto el fabricante es el unico
responsable de la inforrnacion ah¡ proveida. Esté apendice es de gran utilidad para el consultcr del
documento en vista de que observamos la variedadde equipos con los que se cuenta para la terapia de
radiación con un LINAC.
VARIAN ASSOCIATES, INC.
z
El tratamiento con una unidad Linac, que ha sido acentuado, es un Varian Clinac 18, el cual cuenta con una
estructura de aceleración del tipo de onda estacionaria. Provee un haz de radiación de 10 MV de rayos X y
de 6 Me V a 18 Me V en electrones, esto en cinco pasos. Envía un haz plano de rayos X , de hasta 500
unidades de radiación por mindto, a un metro de distancia, para campos de radiación continua desde O
centimetros a 35 x 35 cm: La terapia de arco está disponible cuando el tratamiento es enviado a medida que
el puente transversal rota lentamente a través de un arco definido. Para esta modalidad, la cantidad se
programa desde 0.5 a 5.0 unidades de radiación por grado.
El tratamiento de rayos de electrones cubre áreas de 25 x 25 cm. a un metro de dosis similares de energías
de 6 Me V , 9 Me V, 12 Me V, 15 Me V y 18 Me V. Se provee de un número de aplicadores de electrones del
tamaño fijo del área. El acelerador cuenta con una estructuravertical de 1.4 mts. movida por un tubo de 5
megawats klystron. El isocentro está a 130 cm. del suelo, la silla del tratamiento está equipada con
movimientos transversales longitudinales y verticales del control de velocidad continuamente variable,
motorizados. Todos los movimientos del sillón y del puente transversal son controlados por una sola palanca
para facilitar un rápido y preciso arranque, hecho por un técnico. Un chequeo electrónico del sistema de
dosimetria es realizado previo a cada una de las radiaciones. Se encuentra disponible un parador de rayos, si
se necesita. Se han incorporado al diseño muchas maniobras de ingeniería que aumentan su versatilidad y
facilidad de operación para los técnicos entrenados.
ENERGIA ATdMICA DE CANADA LIMITED 1 La compañia Energía Atómica de Canadá Limited (EACL). Diseño el Therac 6 el cual es un acelerador de
longitud de onda que emplea una fuente de poder de magnetrones. La estructura del acelerador es montada
en el brazo y un magneto doblado de 262" es usado para traer el haz de electrones hacia el objetivo. La
máquina es isocentrica con 100 cms. SAD.
Con una corriente altamente útil disponible de haces de radiación, el Therac cuentacon una estructura de
onda corrediza, un filtro largo y plano, puede utilizarse para asegurar que el haz pase de manera plana por
que cambia de posición con respecto al acelerador, cambiando así la fase en la cual el rayo reflejado es
reinyectado.
El Therac 25 usa escaneo magnético para Jenerar campos de electrones. Las cuñas de electrones permiten
continuamente campos de variados tamaAos, ya sea cuadrados o rectangulares. Una dosis alta (1000
unidades/min. de monitor) ests rlisportible para acordar los campos grandes de tratamiento a 5 Me V.
Igual que las máquinas de EACL, el Therac 25 se controla por medio de una computadora, con “registro y
verificación” y la capacidad para mostrar funciones importantes en la pantalla. Una variedad de opciones de
software permite a la máquina conformarla a la medida de las necesidades del usuario.
El acelerador lineal ATC-6 fue et primero que existió a nivel comercial, 100 cm. SAD, acelerador isocéntrico
capaz de producir 6 Me V en fotones sin el uso de magnetos de flexión (figura A 1 ) . Esto se logró gracias a
un adelanto importante en la tecnología del acelerador de onda estacionaria que resultó en substanciales
ganancias de alta energia por unidad de longitud de la estructura en aceleración. La onda guia de 6 Me V es
idéntica en longitud (0.3 m.) y requiere virtualmente la misma entrada de energia como lo hace su similar, el
ATC-4.
La simplicidad y confiabilidad intrinseca de la entrada directa del haz de radiación se complementa con un
sistema de control basado en una computadora, el cual es diseñado para enfatizar la confiabilidad y la
facilidad de uso. Algunas de las características de este sistema son como siguen:
Un panel de terminal / control de CRT, sugiere al operador que vaya paso a paso a través de la selección
de la modalidad de tratamientos y la entrada de parámetros de tratamiento. Este tambien muestra
información sobre el tratamiento a medida que este progrese.
La muestra digital del puente transversal, del colimador y de las posiciones del sillón en el video y en el
centro del puente transversal.
Detalles del sistema de diagnóstico de información que se muestran en’la terminal de video para una
corrección rápida y facilidad de mantenimiento.
La seguridad óptima del paciente y la protección de la máquina, son proporcionadas por una rutina vasta
de “Software” que continuamente monitorea y checa los parámetros de la máquina, los datos de
tratamiento y las interconexiones.
El ATC-6 utiliza el mismo conocido sistema de apoyo del paciente (couch); como 10 hace el ATC-4 y el
simulador de terapia de radiación (Simulador de Radiación) por ei mismo fabricante. Este couch, totalmente
3
FIGURA A l . EN ESTA FIGURA SE MUESTRA UN ACELERADOR LINEAL A T C S CORTESIA DE ATC MEDICAL TECHNOLOGY, INC.
las hendiduras de las áreas de tratamiento más grandes. Por lo tanto, los “salientes” dosific;.dos,
característicos de las áreas grandes sobre linacs de baja energía no son un problema en el Therac 6.
Este fue uno de los primeros aceleradores médicos que usaron controles de minicomputadoras. La
computadora continuamente monitorea y adapta importantes parámetros de la máquina. El operador ;e
comunica con la computadora a través de el tablero de una terminal de video. El mantenimiento y el servicio
de información sobre la máquina, puede mostrarse en la pantalla de la terminal o imprimirse en registros
permanentes.
Un beneficio importante de este sistema de control, es que el programa de registro y verificación le1
diagnóstico del paciente es estándar. Antes del tratamiento, el diagnóstico de la terapia se introduce con el
tablero. La computadora checa que el arreglo esté de acuerdo con el diagnóstico, dejando únicamente el ha I
de un rayo de luz prendido, si todos los parámetros son verificados. AI término del tratamiento, se pod1 + imprimir un registro permanente para la historia clínica del paciente.
El Therac 20 de la EACL, utiliza una estructura de onda corrediza accionada por un amplificador de klystron.
El sistema modular, klystron y electrónica son todos externos para el puente transversal. El poder de la
radiofrecuencia entra por la parte de atrás del puente transversal a través de un conjunto de microondas de
rotación.
El Therac 20 usa escaneo magnético para generar campos de tratamiento de electrones. El haz de
electrones que deja el acelerador se dobla a través de unos 270” hacia la base del tratamiento y después es
llevada a través del campo de tratamiento por magnetos de escaneo. No existen hilos de expansión que
puedan añadir contaminación de fotones. E l resultado de este enfoque es uniforme, los haces de electrones
muy planos que muestran de manera muy aguda una caída de la profundidad.
En lugar de aplicadores de electrones, el Therac 20 utiliza cuñas ajustables de peso ligero, las cuales se
añaden directamente al colimador de fotones y se mueven con él. Esto da áreas continuamente variadas en
ambas formas cuadradas y rectangulares.
El acelerador más nuevo de la EACL es el Therac 25, esta máquina no es más grande que los Linacs de baja
energía, sin embargo proporciona fotones y energías en 8 pasos de electrones entre 5 Me V a 25 Me V.
Este es un magnetrón accionado y no tiene modulador externo o soportes de equipo.
El secreto del Therac 25 es un nuevo acelerador lineal de doble paso, patentado por la EACL. Esta
tecnología utiliza una estructura corta de onda estacionaria, conectada abruptamente y dos sistemas de
magneto. El haz de electrones es inyectado dentro de la estructura en la base del tratamiento. Este se
acelera hacia el brazo a unos 13 Me V, y es después reflejado y reinyectado hacia el acelerador por un
magneto que cambia de posición. A medida que se regresa a la base del tratamiento, el rayo es acelerado
por 12 Me V adicionales. Con este sistema, la energía varia por el simple movimiento mecánico del magneto
2
motorizado, fue diseñado para optimizar la rigidez (menos que una deflexion de 3 mm con 200 libras de
carga) y por un largo recorrido vertical. La parte de arriba del couch puede bajarse a unos 2 pies por encima
del nivel del suelo para áreas grandes. Y para facilitar el traslado del paciente.
Algunas de las opciones disponibles para este sistema incluyen, un parador de rayos retráctil y un sistema
laser Único de "back pointer".
F S A S MÉDICOS PHILIPS INC.
Philips fabrica una serie de tres aceleradores lineales para usarse en la terapia de radiaclon.
Todos los aceleradores de Philips están creados con un SL75 con una cantidad determinada de energía
subsecuente. El SL75-20 se muestra en la figura A2.
Figura A2.- Acelerador lineal Philips SL75-20.-La energía de rayos X en 8 MeV y 18 MeV, usa energía de electrones en 5
MeV, 6 MeV, 8 MeV, 10 MeV, 12 MeV, 14 MeV, 17 MeV y 20 MeV. (cortesía del Sistema Médico Philips Inc.)
Existen muchas diferencias entre Philips y otros aceleradores de diferentes compañías, pero los siguientes
son de particular importancia:
1.- Traveling wave accelarators / 90" acelerador de onda corrediza sistema del doblez del espectrómetro.
Todos los aceleradores phillips tienen una alta eficiencia en su estructura de aceleracion corrediza para
dosis de proporciones altas y máxima versatilidad. Su sistema de doblez del espectrometro asegura un
control más rígido ajustado de energía, del que se puede conseguir con el acromatico diseño directo de 170".
2.- Cañón de Nectrones desmontables.
Los aceleradores phillips son ajustados con cañone de electrones removibles teniendo filamentos
reemplazables. Esto es un mayor costo y ahorro en tiempo cuando se compara con aceleradores que
requieren una completa aceleración en su estructura de guía de onda que se reemplaza siguiendo una falla
en alguna de sus partes.
3.- 100 cm Source axis distance (distancia eje de la fuente). 123 cm isocentric heigh (altura
isocentrica).100 cm origen de la distancia del eje 123 cm altura del isocentrico
Los aceleradores philips son diseñados para un fácil uso. La altura del "lsocentro" de 123 cm arriba del nivel
del piso (118 cm en el caso del SL 75-5) hace que los operadores trabajen en un nivel sin necesidad de usar
bancos ni otros objetos con el afán de ver los requerimientos.de1 paciente.
4
3 -r" FiGURA A2. EN ESTA FIGURA SE hIUESTRA EL ACELERADOR LINEAL DE PHILIPS 0 ".Q SL 75-5. CORTESlA DE PHlLlPS PAED!CAL SYSTEMS, !NC. 4 q j
O (4
L*p I
4.- Terapia del Sistema de Electrón (SL 75 y SL 75-20).
Phillips es única en proveer un rango de 19 aceleradores arreglados y motorizados con aplicadores de
electrones variables. Aplicadores clladrados y rectangulares tienen armazones removibles finales para
facilitar la preparación de carátulas irregulares. Estos aplicadores son ligeros y de fácil maniobra (el más
grande aplicador fijo pesa menos de 7 kgs.! y el mecanismo de aldaba única de Phillips facilita el montaj;. a
dos manos y removible.
5.- Sistema acromático del filtro de cuña. (SL 75-14 y SL 75-20)
El microprocesador de la consola de control que se usa con el Phillips SL-75-14 y SL 75-20 el ángulo il ?
aceleradores hacen que los operadores seleccionen la cuña precisa que se requiere para qc)?
automáticamente combinando una cuAa a 60” con ,un campo normal. Variando la dosis y sin la cuñJ
cualesquier ángulo de cuña de O a 60” se puede obtener.
6.- Verificación y sistema de registros,
Verificación y registros de sistemas. Los sistemas phillips “vericord” aseguran que los tratamientos sean
entregados exactamente de acuerdo con el plan del tratamiento. Todos los parámetros son verificados antes
del inicio del tratamiento (tolerancia individual de niveles se pueden prescribir) y toda la informacion del
tratamiento serán impresos automáticamente en una tarjeta del paciente. Estos sistemas usan una tarjeta
por paciente. La misma tarjeta es usada durante todo el curso del tratamiento del paciente y así abreviando
la profusión de hojas de información, cassettes, y otros portadores de información requeridos por otros sistemas.
CORPORACldN SIEMENS. I Siemens produce 5 aceleradores lineales médicos. Estos son: El Mevatron 60, Mevatron 67, Mevatron 67x
Mevatron 74 y Mevatron 77. Estas unidades son únicas, en las que esencialmente todos usan la misma
estructura “gantry” y mesa de tratamiento. Así que su confiabilidad aumenta de valor por una considerable
comunidad de componentes. La única diferencia física mayor ocurre con el Mevatron 77 que incluye un
gabinete electrónico separado. Este gabinete alberga el klystron y sistemas modulares.
El gabinete electrónico se puede instalar ya sea en el interior ó exterior del cuarto del tratamiento. Como
resultado la estructura del acelerador es compacta perfectamente y requiere casi el mismo cuarto del
tratamiento como las dimensiones de la unidad de cobalto. El Mevatron 60 está diseñado para ser el genuino
“caballo de trabajo” del departamento de terapia. Ofrece simplicidad de operación y excelente confiabilidad.
5
Ya que provee una dosis profunda del 60 por ciento a una profundidad de 10 cm. FSD provee la misma
radiación básica de un haz de radiacion y mismas características de una unidad de cobalto. A parte de ésto,
ofrece 100 cm de distancia de tratamiento, Io cual es una gran conveniencia para el arreglo de un paciente y
su fácil manejo. Campos grandes y agudos y definidos ”haces de radiación definidos” que son características
de un acelerador lineal, ofrecen ventajas adicionales.
Finalmente, el Mevatron 60 puede directamente reemplazar una unidad de cobalto requiriendo únicamente un
modesto aumento en su escudo. El Mevatror! 60 tiene un simple botón de presion en el control de la consola
y la capacidad para un sistema de verificación de oprimir la tarjeta como parte opcional. En este acelerador
esta incluido el versatil Z-11, que ees una tabla de tratamiento, la cual se coloca sobre la mesa de
tratamiento.
El Mevatron 67 es un acelerador que cuenta con rayos x de 6 MV,esta unidad esta diseñada para trabajo
pesado de todos los dias en la clínica de operación. La energía alta provee mayor ahorro de piel y ,
naturalmente mayor penetración; aparte de ello, el sistema de control de acromado provee seguridad de una
excelente estabilidad de energia del “haz de radiación”. Además, limitando el alcance de electrones de
energia golpeando el blanco, resultando el “haz de rdaiazción” del rayo X provee características superiores.
Dosis superiores son bajas y la uniformidad del “haz de radiación” aún en los campos grandes es superior.
El Mevatron 67 incluye el altamente versátil Z-11, cuya mesa ofrece la opción del simple sistema de
verificación de la tarjeta checadora. El Mevatron 74 X es un acelerador que provee de 10 MV de energia en
rayos X que nos dan fotones de energia altas a un precio relativamente modesto. Provee una profundidad
de 74 por ciento a una profundidad de 10 cm en el agua, 100 cm FSD. Aparte incluye la tabla Z-ll y un
sistema opcional de verificación. El avanzado blanco y telescopio, cuyos diseños resultan en un alto y
penetrante “haz de radiación” de dosis en superficie baja y excelente uniformidad del propio haz.
El Mevatron 74 es el intermediario Siemens, unidad que ofrece las dos modalidades, rayos x y haz de
electrones, en sus respectivas modalidades en tecnicas y energias. El haz de fotón de 10 MV, provee una
dosis de profundidad de 74 por ciento a una profundidad de 10 cm en agua y las energias de electrones
disponibles varían de 5 MeV a 12 MeV medida en e l isocentro.
Un Único, arreglo multielemento de objetivos provee excelente penetración, baja superficie y haces de
radiacion uniformes. Más adelante, el Siemens “dual-foil”, sistema de electrón disperso, resulta en haz de
electrones con penetración aumentada y una aguda caída más allá de la profundidad usual de 80 por ciento.
El Mevatron 74 es provisto con la tabla Z-ll y la verificación con el sistema de tarjetas checadoras se
consigue opcionalmente.
Los cinco aplicadores de peso ligero de electrones sencillos son administrados con el Mevatron 74.
Cambiando de una modalidad a otra es rápido y sencillo. Es necesario únicamente insertar o mover el
aplicador de electrones y hacer la correcta selección de botones para presionar en la consola de control. El
6
sistema de entrelazado evita la operación inadvertida en la modalidad equivocada. Un telescopio variable de
electrones que retiene el mismo perfecto haz de electrones, cuyas características están disponible
gpcionalmente
La unidad premier en el acelerador Siemens, es el Mevatron 20, posteriormente llamado Mevatron 77.
Fig. A 4. Mevatron 77 acelerador lineal (cortesía de corporación Siemens)
Como estandar, ofrece 15 MV en rayos X , entregando una dosis de profundidad de 77 por ciento a unos
cm de profundidad en el agua, 100 cm FSD. Si se desea, el usuario puede seleccionar la unidad con unos
10
10
MV (74 por cierito dosis de profundidad) haz de fotones ó unos 20 MV (80 par ciento dosis de profundidad)
del haz de fotones. r’
En el Mevatron 77, el blanco de Siemens elemento-múltiple provee ventajas mucho más grandes. Las
porciones de superficie son bajas con una profunda, defirlida y aguda región. Más adelante la producción de
Mevatron aún a 20 MV es significativamente más baja que ninguna otra unidad de la competencia.
El “Sistema Foil” dual dispersor usado en el Mevatron 77 provee las mismas ventajas de más profundidad,
de uti1 penetración, más haces de radiación uniformes con virtualmente ninguna contribución al útil haz de
electrones, debido a lo difuso del aplicador de estos. La Característica, caída aguda tan necesaria para la
terapia con electrones y una extraordinaria baja historia de rayos x , con básicas características del Mevatron
20177.
El Mevatron 77 se entrega con 5 aplicadores de electrones sencillos y ligeros, así que cambiando de rayos X
a modalidad de electrones la operación es bastante sencilla. Requiere únicamente la inserción del aplicador
de electrones y una simple selección de presión de botón en la consola de control. La mesa versátil Z-ll es
una parte integral del mevatron 77. Un sistema entrelazado interno hace imposible tratar en la modalidad de
electrones sin la inserción de propio aplicador de electrones, ni seria posible el tratar en la modalidad de rayo
X sin estar el aplicador en su lugar. La verificación original (sistema) puede ser surtida con un Mevatron 77.
Un microscopio variable que retiene la excelente característica del haz de electrones, es igualmente opcional
y se puede conseguir con el Mevatron 77.
SISTEMAS MÉDICOS TOSHIBA.
El acelerador lineal Toshiba modelo LMR-15, está diseñado para radio terapia usando rayos X de alta
energía y haz de electrones.
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FIGURA A4. EN ESTA FIGURA SE MUESTRA EL ACELERAOOR LlfiEAL MEVATRON77 CORTES!A DE SIEFAENS, INC.
El sistema basico está compuesto por una unidad de tratamiento, un switch de mano, un sillón de
tratamiento, cambio de calor, consola de control y un gabinete de control “linac”. El sistemz demuestra
energías de electrones de 6, 8 , 10, 12 y 15 MeV. La tasa de producción varia de 200 a 1000 rad/por minuto,
a la cima de 10 cm X 10 cm con adaptador para electrones. La energía del rayo X es 10 MV. La dosis de
producción es 75 a 350 rad/minuto en el “isocentro”, a un metro del blanco.
Se pueden conseguir varios conos (adaptadores) de terapia de electrones. Para terapia de rayos X , el
tratamiento de la cabeza se puede ordenar con el monoblock 6 telescopio de multi-hojas.
El “gantry” gira +,- 195”. Se pueden conseguir dos tipos de “couches” para tratamientos, por ejemplo el tipo
RAM ó PEDESTAL. La altura del “isocentro” del piso es de 125 cm. La distancia entre el blanco y el
“isocentro” del gantry es de 100 cm.
El acelerador consiste de un cañon d ? electrones, un tubo de acelerador, unos magnetos para enfocar, un
tubo inclinado y un “blanco”. Las microondas son generadas por el magnetron y producen un campo electrico
de viaje sobre un tubo de aceleración. Un sintonizador de alta potencia representado por un magnetron
hecho por toshiba es usado para la fuerza de microondas. Una frecuencia automática del sistema de control
(AFC) mantiene la salida de frecuencia del magnetron en óptimas condiciones para igualar el centro de
frecuencia del tubo de aceleración.
Un cambiador de calor usando agua destilada es instalado en la máquina del cuarto para tener el tubo de
aceleramiento y el magnetron a una temperatura constante. El sistema de control esta compuesto de un
tratamiento de control de consola y un control “linac” y su gabinete instalado lado a lado en el cuarto de
control.
I APENDICE B I La tabla siguiente ilustra una lista parcial de especificaciones para LINAC’S en radio terapia contemporáneos
Todos los linacs listados operan a Bandas de frecuencias de aproximadamente 3000 MHz, correspondiente
para un espacio libre de onda larga de más 6 menos 10 cm. (El acelerador) la estructura de rotación del
acelerador TW quiere decir onda corrediza y SW quiere decir diseño de onda estacionaria. Las
especificaciones de energía para haces de electrones varían y por lo tanto no son comparables. Los apuntes
en la última columna de la tabla, comentarios o datos especiales, son ilustrativos pero no exhaustivos. Las
compañías manufactureras proporcionan una variedad de opciones, accesorios, y algunos aditamentos para
sus unidades.
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4
DIAGRAMAS DE SISTEMAS FUNCIONALES Y SISTEMAS AUXILIARES.
Son tres los grupos de sistemas con los cua!es podemos, de una manera ilustrativa presentar, toda la unidad
de tratamiento. Cada uno de estos sistemas, son esenciales para la operacion, control, y rnonitoreo de la
unidad de tratamiento. Estos sistemas al mismo tiempo, con los principales componentes descritos
anteriormente, llevan acabo el perfecto funcionamieto del equipo. A continuacion presentamos un desglose
de estos tres principales sistemas.
Tres grupos de sistemas.
* Sistema primario
* Sistema de soporte
* Sistema de control
Sistema primario.
Este sistema lleva acabo.todas las funciones que contribuyen directamente a la generacion de rayos -x y
haces de electrones terapeuticos.
* Modulador, klystron
* Aceleracion de electrones
* Sistema de radio frecuencia R F
* Cation direccionador
* Aplanamiento del haz y dosimetria
Sistema de soporte.
Lleva acabo todas las funciones que asisten al sistema primario.
* Distribucion de poder
* Enfriamiento por agua y por aire
* Vacio
Aire neumatico
* Dielectrico (gas SF6)
Sistema de Control
Direcciona y regula la operacion del sistema primario.
* Control automatico de frecuencia
* Control de tratamiento dinarnico
* Filtracion del haz
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* Interlocks (sistemas de seguridad)
* Control de modo
* Control del motor
* Posición de lecturas de salida
* Control de temporización
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BIBLIOGRAFIA.
Manuales de operacion y servicio del acelerador lineal
Marca: Varian Modelo: 2100 Clinac
Folletos Ilustrativos del acelerador lineal
Marca: Phillips Modelo: SL 75-5
High Energy Photons and Electrons, procedente del simposium internacional.
"The Clinical Usefulness the High Energy Photones and electrons en Management"
Thomas Jefferson University, Philadelphia. 1993.
Sistema Primario
Modulador
Klystron
Aceleración de Electrones
Sistema de radiofrecuencia
Cañon Direccionador
Aplanamiento del Haz
Dosimetria
MODULADOR
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ENSAMBLE DEL STAND
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Sintítul - 6
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D I A G R A M A FUNCIONAL DEL KLYSTRON
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UN ACERCAMIENTO A LA ESTRUCTURA DE ACELERACION
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INTENSIDAD DEL HAZ DE F!AYOS-X
Aplanamiento
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El colimador primario, nos da el tamano del haz, el aplanamiento de l o s picos y diafragmas que es tan fuera del tamano.
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EFECTOS DE DIRECCIONAMIENTO A LA SALIDA DE LA CAMARA DE IONIZACION
Sistema de Soporte
Distribción de Poder
Enfriamiento por Agua y por Aire
Vacio
Aire Neumatico
Dielectrico ( Gas SF6 )
CARACTERISTICAS DEL PODER DE ALIMENTACION
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ACELERADOR LINEAL
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ESTRUCTURA DE ACELERACION
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SUBSISTEMA DE VENTILACION DE AIRE
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Ventana CeramicaNive -lada a 38 psi
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Este Switch. se cierra a los 30 psi y se abre por debajo d de l o s 25 psi
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hacia Guia de Onda
SISTEMA DIELECTRICO BE GAS
KLYSTRON (ALTO VACIO)
_. SF6 I
Guia de
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Klystron
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ACELERADOR LINEAL ., ?a:. '
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Control Automatico de Frecuencia
Control de Tratamiento Dinamico
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Parte frontal de la
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