La tecnología de irradiación con protones

Aceleración de protones

Los protones en movimiento libre existen en mayor número sólo en el espacio. En la tierra, primero deben ser extraídos del gas hidrógeno. Para ello, se utiliza un dispositivo que separa eléctricamente los electrones cargados negativamente de los átomos de hidrógeno. Lo que queda son los protones cargados positivamente. Este proceso tiene lugar a una escala minúscula: la cantidad de gas hidrógeno necesaria para una terapia completa es mucho menor que la cantidad de gas necesaria para una sola perla de champán.

En el acelerador de partículas – el llamado ciclotrón – los protones son entonces acelerados por fuertes campos electromagnéticos en una órbita en forma de espiral al 60% de la velocidad de la luz (180.000 km por segundo). El camino en espiral más rápido, en el borde del ciclotrón, es desviado hacia afuera por un campo eléctrico y, por lo tanto, sale volando directamente del dispositivo.

Acondicionamiento del haz – Control de la profundidad de penetración

A 180.000 km/s los protones penetran unos 38 cm de profundidad en el cuerpo. Si el objetivo de irradiación, es decir, el tumor, está más cerca de la superficie, deben ralentizarse. Esto ocurre inmediatamente después de dejar el ciclotrón en el sistema de selección de energía (ESS), que empuja los cuerpos de cuña de carbono en la trayectoria del haz y, por lo tanto, alcanza exactamente la velocidad deseada.

Dispositivo de guiado del haz y de puntería

El haz, que se ralentiza de esta manera, es guiado ahora a través de un tubo de vacío hasta la estación de terapia, el llamado pórtico. Cubre una distancia de hasta 92 metros, sobre la cual se enfoca continuamente con la ayuda de lentes magnéticas – de lo contrario los protones se separarían. El pórtico es una construcción de acero en forma de barril de 150 toneladas de peso, con un diámetro de once metros, que puede girar 360° alrededor del eje horizontal y contiene fuertes imanes para la alineación precisa del haz de protones. Dentro de este cuerpo hueco, el paciente se fija sobre un colchón de contorno que descansa sobre una cama de fibra de carbono.

Los imanes curvadores del pórtico dirigen el haz emitido perpendicularmente al eje de rotación del pórtico. Si ahora se gira la construcción, el haz siempre golpea el mismo llamado “isocentro” con una precisión superior a 0,5 mm – desde cualquier lado deseado. Junto con la camilla de paciente ajustable con precisión, esta es la clave para irradiar siempre los tumores desde la dirección médicamente óptima.

Nozzle

La boquilla (Nozzle) es la parte final de la guía del haz que se acerca al paciente. Se monta cerca del paciente para poder transportar la viga en el vacío durante el mayor tiempo posible sin rayas. Detrás de la boquilla se encuentra el corazón del proceso de escaneo de precisión utilizado en el RPTC. Consiste esencialmente en los dos últimos pares pequeños de imanes curvadores que desvían el haz en dos dimensiones, una alejada del eje del pórtico y otra paralela al eje del pórtico, y que, por lo tanto, colocan dos de las tres dimensiones de orientación de precisión con el sistema de exploración. La tercera dimensión se escanea, como se explica, cambiando la profundidad de penetración controlando la energía del haz. Este procedimiento representa la forma más moderna de terapia de protones. Se puede utilizar para irradiar varios tumores de varias direcciones en una sesión sin pérdida de tiempo, siempre que los campos de irradiación no sean significativamente inferiores a 20 mm de diámetro.

Para el tratamiento de tumores muy pequeños, la boquilla puede equiparse con plantillas en miniatura que adaptan el haz con precisión a los tumores pequeños, por ejemplo en el cerebro. La boquilla también contiene detectores de haz, que de nuevo comprueban la resistencia del haz, la energía del haz y, por tanto, la profundidad de penetración, y las dimensiones X e Y de la deflexión, e independientemente del resto del control, comprueban la concordancia con los datos deseados en el paciente. Finalmente, el haz entra en la atmósfera a través de una ventana de Kapton que sella el vacío.

Camilla del paciente

La camilla de fibra de carbono, sobre la que se fija el colchón de contorno para el paciente, es móvil en todos los grados de libertad, también puede rodar un poco. La desviación milimétrica de la camilla en voladizo en pacientes menos ligeros se corrige automáticamente. Después de retraerse a la posición aproximada en el pórtico, un sistema de puntería de precisión basado en rayos X retoma su actividad y se ajusta en pasos diminutos con precisión milimétrica hasta que el tumor se encuentra exactamente en el área de puntería del haz de protones.

Fixed-Beam / Estación de terapia de haz fijo

Además de los cuatro pórticos, el RPTC también tiene una quinta sala de tratamiento en desarrollo, el llamado lugar de terapia de haz fijo. Este lugar está optimizado para el área de los ojos y el cráneo. Para reducir el tamaño de los imanes y aumentar la precisión, sólo suministra hasta 160 MeV, es decir, sólo puede utilizarse hasta una profundidad de penetración de 17 cm. Aquí el paciente no se acuesta, sino que se sienta en una silla que se puede mover por todos los lados. La fijación se realiza siempre con un trípode dental. El haz se dirige horizontalmente y las unidades de rayos X también se cruzan horizontalmente. También están disponibles los dispositivos de fijación y control para la posición del ojo. La decisión del tipo de terapia en el que se va a irradiar al paciente se toma de acuerdo a criterios médicos que tienen en cuenta esta especialización.

Hiperprecisión en el RPTC con el método de escaneado

Con la excepción de los institutos de investigación en Suiza y Alemania, el RPTC es el único centro de terapia de protones que trabaja con el método de escaneo de precisión.

El sistema está diseñado en términos de mecánica, control de calidad y software para controlar el haz tridimensionalmente con una precisión mejor o al menos de +/- un milímetro. Esto significa, por ejemplo, que las 150 toneladas de pórticos, que pueden girar 360°, siempre llegan a un punto llamado “isocentro”, el centro de irradiación, con una precisión milimétrica. Esto significa una soldadura extremadamente precisa de estos dispositivos de acero de 150 toneladas. Además, mantener los cuatro dispositivos las 24 horas del día en habitaciones de tres plantas totalmente climatizadas para evitar cualquier distorsión debida a la calefacción. Sin embargo, esto también significaba compensar completamente las desviaciones máximas medidas durante la rotación en el rango de 0,7 mm con la ayuda del software de control de haz, que programaba estas desviaciones en relación con la posición. Para ello utilizamos un sistema especial de posicionamiento por rayos X de alta precisión para la mesa de paciente, utilizando nuestra patente, que el fabricante de equipos Varian utiliza ahora como estándar de producción.