Acelerador Lineal

TEMA 1: LAS RADIACIONES IONIZANTES EN UN SERVICIO DE RADIOTERAPIA EQUIPAMIENTO UTILIZADO EN RADIOTERAPIA EXTERNA

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INDICE 1. INTRODUCCIÓN A LAS APLICACIONES 2. ACELERADORES LINEALES DE ELECTRONES 2.1 Funcionamiento básico de un acelerador lineal de electrones 2.2 Sección generadora 2.3 Sección aceleradora 2.4 Sección deflectora 2.5 Cabezal 2.6 Haces de fotones 2.7 Haces de electrones 2.8 Otros elementos del acelerador 2.9 Mesa de tratamiento 2.10 Consola de tratamiento 2.11 Tratamientos de intensidad modulada (IMRT) 2.12 Radioterapia guiada por la imagen (IGRT) 2.13 Aceleradores de otros tipos 3. UNIDAD DE COBALTO 3.1 Fuente radiactiva 3.2 Brazo y cabezal de la unidad 3.3 Mesa de tratamiento 3.4 Consola de mandos 4. EQUIPOS DE RAYOS X DE BAJA Y MEDIA ENERGÍA 5. EQUIPOS DE SIMULACIÓN 5.1 Simulador TC (tomógrafo computarizado) de Radioterapia 5.2 Simulación convencional

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1.0 INTRODUCCIÓN A LAS APLICACIONES La Radioterapia es, junto con la Cirugía y la Qu imioterapia, una de las tres armas terapéuticas principales en la lucha contra el cáncer. En la actualidad aproximadamente la mitad de los pacientes diagnosticados de tumores malignos son sometidos a un tratamiento radioterápico, solo o en combinación con otro tipo tratamiento. Las características específicas de la Radioterapia, que la hacen ventajosa para determinados tipos de cáncer, son que la mayoría de los tumores son menos resistentes a la radiación que los tejidos sanos, debido a su elevada tasa de multiplicación celular. El enorme desarrollo tecnológico que ha experimentado la Radioterapia en las últimas décadas ha venido guiado precisamente por el objetivo de adecuar cada vez con más precisión la distribución de dosis al volumen del tumor. A ello ha contribuido: Las actuales técnicas de imagen (Tomografía computarizada (TC), PET -TC y resonancia magnética (RM) para la localización de los tumores y órganos de riesgo; Las técnicas de irradiación 3D y de intensidad modulada La radioterapia guiada p or la imagen. Todo esto ha permitido ir aumentando paulatinamente en algunas patologías las dosis suministradas al tumor, disminuyendo en muchas ocasiones las dosis a los órganos de riesgo. En radioterapia existen dos modalidades de tratamiento diferentes, la radioterapia externa y la braquiterapia. Definiremos radioterapia externa como aquella parte de la terapia con radiaciones ionizantes en que la fuente radiactiva o el equipo generador de radiaciones ionizantes están situados en el exterior al paciente. Esta distancia es del orden de 100 cm. para aceleradores, 80 cm. para unidades de cobalto y como mínimo de 30 cm. para equipos de terapia superficial. En braquiterapia la fuente radiactiva esta insertada, en contacto o en alguna cavidad del paciente. En este capítulo nos centraremos en la radioterapia externa. Las patologías atendidas con radioterapia externa son entre otros los tumores: cerebrales, del área de cabeza y cuello, mama, pulmón, esófago, digestivos, piel, sarcomas de partes blandas, próstata, vejiga, recto, ginecológicos y metástasis óseas. También se realizan tratamientos sobre patologías benignas como por ejemplo son las malformaciones arteriovenosas, meningiomas y neurinomas. Los equipos de radioterapia externa son los aceleradores lineales de electrones, las unidades de cobalto y los equipos de rayos X de energía baja y media . Entre los años 1970 a 1980 el parque de unidades de radioterapia estaba constituido fundamentalmente por unidades de cobalto siendo el número de aceleradores no muy numerosos, pero a partir de 1990 las unidades de cobalto fueron siendo sustituidos por los aceleradores. Hoy en día existen muy pocas unidades de cobalto en los diferentes Servicios de Oncología Radioterápica de nuestro país. Para poder realizar el tratamiento de los pacientes es necesario realizarles un TC en las mismas posiciones de posicionamiento e inmovilización con que van a ser tratados en la unidad de tratamiento. Es por lo que es necesario contar en los

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propios servicios de Oncología Radioteráp ica con TC, que a ser posible tengan un diámetro mayor que los de diagnostico. Par poder realizar los tratamientos es necesario contar con otros equipos a parte de los indicados anteriormente. Podemos indicar los equipos para la medida de la dosis absorbida y sus equipos auxiliares, los sistemas de planificación de tratamientos y la red de registro y verificación. En este capítulo nos centraremos solamente en los equipos que producen las radiaciones y los que producen las imágenes. 2.0 ACELERADORES LINEALES DE ELECTRONES No disponen de ninguna fuente radiactiva, en consecuencia solo se producen radiaciones cuando el equipo es conectado y se ordena producirlas. Los aceleradores pueden ser de dos tipos: monoenergeticos y multienergéticos. Los primeros solo producen una energía de fotones mientras que los segundos pueden producir haces de fotones y de electrones. Con los haces de electrones trataremos tumores de piel y tumores poco profundos y son los utilizados para la radioterapia intraoperatoria, mientra s que con los haces de fotones podremos tratar entre otros los tumores cerebrales, del área de cabeza y cuello, mama, pulmón, estomago, recto, vejiga, próstata, ginecológicos, etc. 2.1 Funcionamiento básico de un acelerador lineal de electrones. Una definición básica del funcionamiento de un acelerador puede ser la siguiente: unos electrones que son producidos cuando un filamento metálico se pone incandescente al paso de la corriente eléctrica son introducidos en un cilindro o tubo provisto de varias cavidades (sección aceleradora) en donde también se han inyectado unas ondas. Tanto en la zona donde está el filamento (cañón de electrones) como la sección aceleradora es necesario que exista un alto grado de vació para permitir los desplazamientos de los electrones. Las ondas son generadas por un equipo denominado modulador y son amplificadas por una fuente especial de potencia denominada magnetrón o klystron, según el fabricante. Las ondas son inyectadas en la sección aceleradora a través de la guía de on das. Los electrones y las ondas son inyectados en la sección aceleradora de forma simultánea en forma de pulsos, en consecuencia los electrones aparecen agrupados al comienzo de la sección aceleradora.

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Figura 1 Esquema de un acelerador

2.2 Sección generadora Está constituida por el cañón de electrones, el modulador, el generador de potencia (magnetrón o klynstron). El cañón de electrones contiene un filamento, que emite electrones cuando pasa por él una corriente y una rejilla que hace de ánodo. Es la fuente de electrones que inyecta los electrones en la sección aceleradora. Tiene una forma cerrada ya que dentro debe de haber un alto grado de vacío. EL CAÑON DE ELECTRONES

STMED-SC

(Emisión de electrones)

ACELERACIÓN ACELERACIÓN POR POR ONDA ONDA ESTACIONARIA ESTACIONARIA

Tungsteno impregnado de Bario

5 Volt Filamento calienta el Cátodo = e-

EE- E -E - EE - E - -E -E E -EE- E -E E - E -E -E - EE- EE- E

Inyector

+ +

- - -

+ +

- -

+ + + +

- - -

+ +

+ + + +

- - -

+ +

+ 0 CAMPO ELÉCTRICO EN LAS CAVIDADES

E - Electrones de Bario E - Electrones libres

e-

E-

12,000 Volts

Figura 2. Cañón de electrones y vista de la sección aceleradora e stacionaria

Según el fabricante como fuente de potencia de alta frecuencia se puede utilizar un magnetrón o un klystron. El modulador es el que va a suministrar simultáneamente pulsos de tensión al cañón de electrones y al klystron. Contiene los componentes que distribuyen y controlan la potencia eléctrica primaria a todas las áreas de la máquina, desde su conexión. El circulador es un dispositivo que se inserta en la guía de ondas para aislar el klystron de las microondas reflejadas de retroceso del acelerador. La fuente de alimentación es la que proporciona corriente continua al modulador. 2.3 Sección aceleradora

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Su forma es de tubo y dentro de él existen una serie de cavidades en la cual se ha realizado el vacío. En ella se van a inyectar unas ondas que provienen de una guía de ondas y unos electrones que provienen del cañón. Existen dos modelos de ondas utilizadas en los aceleradores lineales: las progresivas y las estacionarias. Las ondas progresivas disponen de una sección aceleradora formada por un tubo de cobre con su interior dividido en discos o diafragmas de distinta apertura y separación que propagan las ondas a lo largo de su eje. Estas ondas tienen un componente axial de campo eléctrico a partir del cual los electrones ganan energía. Al variar progresivamente las dimensiones de la guía de ondas (radio interno, distancia entre discos y tamaño de apertura de los mismos), la velocidad de fase de las ondas puede incrementarse a lo largo de la longitud de la guía de ondas. Así, los electrones cap turados por una onda en la entrada permanecen en fase con la onda y ganan energía continuamente, hasta alcanzar casi la velocidad de la luz. En el caso de las ondas estacionarias la guía de ondas está formada por cavidades de tal modo que aquellas cavidades con valor cero del campo eléctrico se acoplan a la estructura del montaje y así no se pierde espacio. Los electrones adquieren la energía de las ondas del mismo modo que los surfistas en las olas. En la primera parte de la sección aceleradora los electrones adquieren rápidamente la velocidad de la luz. El aumento posterior de la energía es producido principalmente por el aumento relativístico de la masa. Las energías alcanzadas por los electrones en los actuales aceleradores son función de cada constructor y suele variar entre los 6 a 24 Mev. El diámetro del haz de electrones al final de la sección aceleradora es del orden de 3mm. Para agrupar a los electrones durante su trayectoria y conseguir que los paquetes de electrones sean mo noenergeticos es neces ario evitar cualquier desviación del haz de electrones durante la aceleración, para ello se aplica un campo magnético estático mediante una serie de espiras focalizadas colocadas a intervalos. Cualquier desviación del haz de electrones se compensa por dos juegos de espiras centradas muy cerca del extremo final de la guía de ondas. 2.4 Sección deflectora En los aceleradores multienergéticos la sección aceleradora mide del orden de 2 m y se sitúa de forma paralela al suelo. Ya que el paciente se sitúa en un a mesa también paralela al suelo es necesario desviar la trayectoria de los electrones 90º. Para conseguirlo los aceleradores tienen unas bobinas magnéticas que permiten desviar la trayectoria de los electrones. En función del constructor los electrones pueden ser desviados 90º ó 270. A este conjunto los llamaremos sistema magnético de deflexión del haz. Figura 3

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IMÁN IIMÁN MÁN DEFLECTOR DEFLECTOR

A ACROMÁTICO AC CR RO OM MÁ ÁTTIIC CO O 270 270 ºº

campo magnético

ENERGIA MUY BAJA

ENERGIA MUY ALTA

eELECTRONES DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA

Figura 3 Sistema de deflexión del haz a 270º

Cuando la desviación magnética es a 90º, s e utiliza un sistema muy compacto que emplea un imán muy intenso. Cuando la deflexión es de 270º es una deflexión acromática y permite focalizar el haz corrigiendo la energía y posibles variaciones del haz. Los aceleradores monoenergeticos no disponen de bobinas de deflexión ya que el cañón de electrones esta en la misma dirección del eje del haz, por tanto perpendicular al suelo 2.5 Cabezal Es el lugar donde una vez que los electrones se sitúan perpendiculares al suelo se rompe el vacío y los electrones se dirigen hacia el paciente. También es la zona donde se pueden producir los haces de fotones. Está compuesto por: el blanco de rayos X, cono ecualizador para fotones, filtros homogeneizadores para electrones, cámaras de ionización y colimadores primarios y secundarios. 2.6 Haces de fotones Una vez que el haz de electrones ha roto el vació, el haz se va encontrar con un material de numero atómico alto, que denominaremos blanco (target) con el que va chocar produciendo una radiación de frenado, en consecuencia rayos X. La radiación producida no es uniforme y necesita para ser utilizada de forma clínica ser homogeneizada. Para ello empleamos un cono o filtro nivelador colocado a la salida del blanco. Figura 4 Después del cono, el haz se va a encontrar con dos cámaras de ionización de transmisión denominadas cámaras monitoras. Tienen forma plana, controlan: la dosis, tasa de dosis, la homogeneidad y la simetría del haz. La medida de estas dosis la denominaremos “unidades de monitor” y deberán ser calibradas por los Radiofísicos con respecto a las cámaras de ionización que están trazadas al patrón de calibración nacional o internacional. El sistema de colimación está constituido por un colimador fijo y un colimador secundario constituido por unas mandíbulas móviles. El primero es fijo

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generalmente de forma circular, no accesible al usuario y es el que define el tamaño máximo de haz que permite la fuente ... El material de blindaje es plomo o tungsteno. El colimador secundario va a definir el tamaño del campo de irradiación y son generalmente de plomo o tungsten o. Tiene 4 mandíbulas que se mueven con movimientos independientes por lo que son capaces de realizar campos asimétricos. La apertura mínima es 0x0 cm2 y la máxima es 40x40 cm2 a la distancia del isocentro. El haz haz de de Fotones Fotones

Haz de de electrones electrones

STMED-SC

BLANCO (TARGET)

COLIMADOR PRIMARIO ESPEJO MORDAZAS INTERIORES Y EXTERIORES

STMED-SC

PRIMERA HOJA DISPERSORA

FILTROS NIVELADORES SEGUNDA HOJA DISPERSORA

CÁMARA DE IONIZACIÓN CERÁMICA

MORDAZAS INTERIORES Y EXTERIORES

CÁMARA DE IONIZACIÓN DE KAPTON

HAZ COLIMADO HAZ COLIMADO

APLICADOR DE ELECTRONES

FIGURA 4. Cabezal de un acelerador para haces de fotones y de electrones

En la actualidad los sistemas de colimación secundaria cuenta con un sistema denominado de multihoja que según el fabricante sustituye al colimador secundario o añadido como colimador terciario. Está constituida por hojas de alto número atómico que se mueven de forma individual. El tamaño de la anchura de las mismas proyectado en el isocentro pueden variar entre 1 cm., 0,5 cm. o hasta 0,3 cm. El número de hojas suele variar entre los diferentes fabricantes pudiéndose entre 56 a 160 repartidas entre dos colimadores opuestos entre sí. Con este tipo de colimación se pueden realizar tratamientos con formas irregulares sin necesidad de utilizar blindajes terciarios. Las hojas se mueven por motores individuales y estos movimientos s on controlados por un ordenador que verifica la posición de cada lámina. 2.7 Haces de electrones El camino de los haces de electrones después de la salida del vacío va a ser distinto del de los haces de fotones. Los haces de electrones que se van a emple ar en terapia tienen que ser planos y uniformes cuando interacciones con el paciente. Para ello es necesario que a la salida del vacío sean dispersos en unas hojas dispersora que permitan que los haces se extiendan y sean uniformes. Si los haces no fueran dispersos serian muy estrechos y no se podrían utilizar con pacientes. Después de atravesar estas laminas los haces penetran en las cámaras monitoras cumpliendo estas la misma misión que para los fotones. Otra de las características de estos haces es que necesitan de un colimador terciario que se inserta en el cabezal de la unidad. La misión de este es conseguir filtran los electrones dispersos en la interacción del haz de electrones con el aire y conseguir que los que lleguen al paciente sean uniformes. Estos colimadores

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terciarios se denominan aplicadores y se sitúan de la piel del paciente a 10, 5 o 0 cm. según el fabricante. Ver Figura 4 2.8 Otros elementos del acelerador Son el sistema de refrigeración y el control automático de frecuencia. El primero sirve para refrigerar la fuente de potencia de alta frecuencia, la guía de ondas y el blanco de rayos X mediante la circulación de agua en la proximidad de ellos. La estabilidad y el funcionamiento del acelerador van a depender de mantener a la temperatura adecuada los elementos descritos anteriormente. El control automático de frecuencia tiene por función la de mantener constante la frecuencia de las microondas, estas pueden variar con las condiciones ambientales. Un pequeño cambio en la frecuencia, afectaría tanto a la cantidad de radiación producida, como a la energía de la misma. 2.9 Mesa de tratamiento Es el lugar en donde se coloca al paciente para la irradiación. Los movimientos del tablero son: transversales, longitudinales y vertical. Con ellos se sitúa el punto anatómico del isocentro de la planificación del tratamiento al isocentro del acelerador. También tiene movimientos de rotación isocéntrica de la mesa y de rotación del tablero. Existen en la actualidad mesas que disponen de otros dos movimientos angulares del tablero a lo largo de los ejes longitudinales y laterales. A las mesas que tienen estos movimientos las denominamos mesas 6D. Todos los movimientos tienen indicadores digitales, la precisión de los mismos es de 1 mm para los desplazamientos longitudinales, transversales y verticales y de 0,1º para los movimientos angulares . Los haces de radiación van a incidir sobre el paciente desde cualquier posición del giro de la cabeza, es por lo que en muchas ocasiones la irradiación se realiza a través de ella. En consecuencia la mesa ha de estar hecha por materiales transparentes a la radiación tales como la fibra de carbono. No obstante estos siempre producen una atenuación de la radiación que debe ser medida y tenida en cuenta para la irradiación del paciente 2.10 Consola de tratamientos Situada fuera del recinto y desde dónde se efectúa la programación de la irradiación. Existen distintos modos de trabajo en la consola de tratamientos: • Manual: permite realizar irradiaciones seleccionando los parámetros de la irradiación de forma secuencial. Se selecciona: tipo de haz (fotones o electrones), energía, unidades de monitor, tasa de dosis, tipo de irradiación (haces fijos, arcoterapia), cuñas y tamaño del campo de irradiación. • Automático: Desde el sistema de planificación se envían los datos dosimétricos y geométricos de la irradiación además de las posiciones del colimador multiláminas al sistema de registro y verificación. Desde este se

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envían los datos a la consola del acelerador y en esta se visionan todos los datos transmitidos. Desde la consola se realiza la irradiación y permite el registro de las dosis administradas y de todos los parámetros de la irradiación. • Servicio: permite realizar operaciones de evaluación de parámetros técnicos del equipo. Solamente puede acceder a este modo las personas del Servicio Técnico autorizadas. Una vez seleccionados los parámetros de la irradiación todos los equipos cuentan con un procedimiento para poder realizar la irradiación. Estos son movimientos secuenciales y diferentes dependiendo del fabricante. En todos los equipos existen botones de puesta a cero de la unidad, parada en condiciones normales e interruptores de emergencia. En la pantalla de la consola aparecerá cuando comienza la irradiación el número de unidades de monitor en las dos cámaras monitoras y el tiempo de la irradiación. También la tasa de dosis instantánea que alcanza el haz. Las dos cámaras monitoras integran la cantidad de radiación que las atraviesa de manera independiente y son capaces de llevar a cabo la interrupción de la irradiación cuando se alcance el número previsto de unidades de monitor. La función de la segunda cámara es de detener la irradiación en caso de fallo de la primera. En caso de fallo de la segunda la irradiación se pararía por el medidor de tiempo. Cuando el haz no es uniforme y excede de los valores de tolerancia establecidos en el acelerador se para y se indicara en la consola. 2.11 Tratamientos con intensidad modulada (IMRT) Los aceleradores actuales permiten realizar tratamientos en los que un haz de irradiación puede ser dividido en múltiples segmentos. De esta manera se obtienen distribuciones de dosis que permiten disminuir las dosis a los órganos críticos próximos al tumor. Existen diferentes métodos de IMRT que son función de cada fabricante Destacaremos los siguientes: Estática: Emplean haces fijos, cada haz se divide aproximadamente entre 5 o mas segmentos en los que cambia la posición del multiláminas (MLC). Cuando se utiliza este tipo de irradiación el acelerador solamente irradia cuando las hojas del MLC están quietas. Por tanto cuando las hojas se mueven de un segmento a otro de un mismo haz, no existe radiación.

Figura 5: tratamiento de IMRT

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Dinámica: es el mismo tipo de técnica que en el caso anterior pero la irradiación en cada campo fijo se realiza de modo continua. Es decir se selecciona un campo de irradiación y una vez seleccionado se produce la irradiación mientras las hojas se mueven de forma dinámica. Volumétrica: la irradiación se realiza mediante haces en movimiento. Al mismo tiempo que se mueve el b razo de la unidad las multiláminas del MLC también se mueven, mientras se irradia. 2.12 Radioterapia guiada por la imagen (IGRT) En radioterapia siempre ha sido necesario verificar que el paciente se posiciona igual a lo largo de las distintas sesiones que constituyen el tratamiento que el día que se realizo el TC de simulación.

Figura 6. Distintos dispositivos de IGRT (Siemens, Varian, Elekta)

En la actualidad los aceleradores incorporan sistemas de obtención de imágenes en el propio acelerador. Se denomina EPID (Sistemas electrónicos de imagen portal) y están constituidos por un panel de silicio amorfo. La imagen la obtienen directamente del haz de irradiación qu e produce el propio acelerador. Lógicamente el panel es solidario con el movimiento del brazo del acelerador por lo que se obtienen imágenes de 2 dimensiones (2D) con cualquier posición del brazo. Estas imágenes permiten comprobar las posiciones del MLC y comparar anatómicamente cada campo de irradiación en relación a la radiografía digital reconstruida (DRR) obtenida en el sistema de planificación (TPS). Para poder determinar la diferencia en el posicionamiento del paciente entre la simulación y el tratamiento es necesario obtener dos imágenes 2D ortogonales en el acelerador y comparar esas imágenes con las mismas DRRs del TPS. El software del acelerador tiene un sistema de registro de imágenes automático y mediante la supervisión de las imágenes, ya sea por el Oncólogo Radioterapeuta (OR) o por el Técnico Especialista en Radioterapia (TER) que el OR delegue, se determinan en las coordenadas longitudinal, transversal y vertical las diferencias de posición entre la simulación y el tratamiento. Una vez valorada se corrige la posición del paciente. Otra forma de comparar imágenes es en modo volumétrico, es decir comparar las imágenes del TC de simulación con las mismas imágenes obtenidas en el propio acelerador. Para ello el acelerador realiza una irradiación v ariando la posición del brazo aproximadamente 200º y las imágenes planares son recogidas en el panel de

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silicio amorfo. Adecuadamente tratadas producen imágenes 3D como las del TC de simulación.

Figura 7. Imágenes 2D y 3D obtenidas en un acelerador lineal de electrones

Las imágenes pueden ser producidas según el fabricante de dos maneras, una mediante los mismos haces de fotones que empleamos para los tratamientos (energías del orden de MV) o bien mediante un equipo de rayos X (energías del orden del KV) instalando en el brazo del acelerador. El haz de radiación del equipo de RX es perpendicular al haz producido por el propio acelerador y necesita de otro flat panel para obtener las imágenes. Una vez recogidas las imágenes son comparadas de forma automática con las del TC de simulación. Una vez evaluadas se determina la diferencia entre la posición del isocentro de simulación con el de tratamiento. 2.12.1 Otros sistemas de IGRT Emplean dos tubos de de Rayos X con dos paneles de silicio amorfo. Los tubos están situados en el suelo de la habitación del acelerador y los paneles colgados del techo de la misma. Los haces se cruzan en el isocentro del acelerador. Son sistemas estereoscópicos y mediante el registro de imágenes con las DRRs del TPS con un software adecuado permite realizar los desplazamientos entre la posición del TC de simulación con la posición del acelerador. No obstante estos aceleradores cuentan con una mesa robótica capaz de corregir la posición del paciente mediante seis movimientos de la mesa. Un acelerador de este tipo es el acelerador Novalis de la marca BrainLab. La ventaja de estos sistemas en relación a los anteriores es que los procedimientos son más rápidos y que se pueden obtener imágenes al mismo tiempo que el paciente se está irradiando. Este acelerador permite realizar tratamientos de pulmón e hígado mediante una técnica denominada “gating” que consiste en que el acelerador solamente dispara en una fase del ciclo respiratorio. El ciclo respiratorio se consigue mediante un sistema de infrarrojos.

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Figura 8. Acelerador Novalis de BrainLab e imágenes esteroscopicas

2.13 Aceleradores de otros tipos 2.13.1 Tomoterapia helicoidal Realiza únicamente tratamientos de intensidad modulada (IMRT). Es un acelerador monoenergético de 6 MV instalado en un gantry anular similar al gantry de un TAC, que emite radiación de forma continua y simultáneamente mientras la mesa de tratamiento se desplaza longitudinalmente al paciente a través del haz de radiación. El haz de radiación gira de forma continua 360º mientras irradia. Tiene un sistema de mandíbulas independiente integrado con el colimador primario, que produce el haz rotatorio con una amplitud del haz entre 1 y 5 cm. Además, un colimador multiláminas binario, compuesto por 64 láminas, interacciona a través del haz de radiación mediante un sistema de apertura/cierre definiendo pequeños haces (“ beamlets”) individuales, siendo el tiempo de apertura/cierre de las láminas de aproximadamente 50 milisegundos; el haz de radiación reproduce entre 2 a 5 rotaciones en cada punto o lo que es lo mismo entre 100-250 beamlets, de manera que varios miles de beamlets son utilizados en cada tratamiento. La distancia de la fuente de radiación al eje de rotación es de 85 cm., y hace factible tratar un volumen cilíndrico de 40 cm. de diámetro por 160 cm. de longitud en un único tiempo de radiación, con una tasa de dosis de 850 cGy/minuto. El sistema de IGRT que emplea este equipo es similar a los TC convencionales excepto que la fuente de radiación es el p ropio acelerador pero empleando una energía de 3,5 MV. Posee como en el caso de los aceleradores convencionales un software de registro de imágenes. La mesa de tratamiento es similar a los de TC de radiodiagnóstico y permite correcciones en cuatro dimensiones.

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Figura 9. Tomoterapia helicoidal

2.13.2 Cyberknife Es un acelerador monoenergético de 6MV que emplea un brazo robótico . No posee un multiláminas sino que como sistema de colimación emplea diferentes colimadores circulares. Para realizar la irradiación utiliza múltiples haces no isocéntricos y no coplanares. Posee como sistema de radioterapia guida (IGRT) un sistema de rayos X estereoscópicos similar al señalado anteriormente con la única diferencia de que los tubos están colgados del t echo y los paneles en el suelo.

Figura 10. Cyberknife

Permiten realizar tratamientos de tracking en localizaciones de pulmón e hígado mediante el seguimiento de un modelo respiratorio a través de un sistema de infrarrojos 3.0 UNIDAD DE COBALTO La característica fundamental de una unidad de cobalto en comparación con un acelerador es que el elemento generador de las radiaciones es una fuente radiactiva de cobalto 60 situada en el cabezal de la unidad . 3.1 Fuente radiactiva La fuente radiactiva emite radiación gamma de energías 1.17 y 1.33 Mev. Esto se realiza al decaer la fuente de Co -60 a Niquel-60 con la emisión de partículas beta de energía máxima de 0.32 Mev. En consecuencia, se produce unos fotones gamma que son los que se emplean para el tratamiento y una radiación beta,

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indeseable para la terapia , que es filtrada en la cápsula que contiene a la fuente. El periodo de semidesintegración es de 5.27 años y la actividad específica de material puede alcanzar hasta 7400 TBq/kg ó 200 Ci/g, lo que permite que el tamaño de la fuente sea pequeño. El diseño de la fuente se presenta en forma cilíndrica, con una longitud de entre 2 o 3 cm. y un diámetro de entre 1.5 o 2 cm. aproximadamente. El material radiactivo se presenta en forma de esferas, granos o cilindros de dimensiones del orden de 1 a 2 mm, agrupados en un cilindro tal como se muestra en la figura 11.

Figura 11. Corte de una fuente típica de Co-60.

La fuente esta encapsulada en un contenedor de acero inoxidable y de doble pared. El cobalto radiactivo se encuentra sellado en el compartimiento interior, el cual a su vez se halla en otro contenedor exterior, ambos sellados mediante soldadura. La doble soldadura se considera necesaria para prevenir cualquier fuga de material radiactivo. La cápsula de acero cumple con dos condiciones: la de contener al material radiactivo y la de impedir el paso de la radiación beta indeseable para los tratamientos. Periódicamente se realizan pruebas de hermeticidad mediante la realización de frotis en el cabezal y en el sistema de colimación para determinar la estanqueidad de la fuente. 3.2 Brazo y cabezal El brazo de la unidad permite girar en torno a un eje horizontal y soporta al cabezal, que a su vez contiene: la fuente radiactiva, el dispositivo de entrada y salida de la fuente, el sistema de colimación y de simulación luminosa del haz. La fuente radiactiva está situada en el cabezal de la unidad . El diseño y construcción de los cabezales deben asegurar que las fugas de radiación no excedan de los límites fijados por las normas internacionales de radioprotección, de modo que permitan, por una parte, el acceso del personal al recinto fuera de las sesiones de irradiación y, por otra, garantizar al paciente que no recibirá radiación fuera de la zona a tratar y también qu e el blindaje permanecerá en su lugar en caso de emergencia. La mayoría de los cabezales utilizados en terapia son de acero

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fundido llenos de plomo, que constituye el material de blindaje primario. Para reducir el tamaño total del cabezal, se coloca, en la zona más próxima a la fuente, un bloque de uranio empobrecido o tungsteno. En la figura 12 se muestran dos tipos de cabezales que corresponden a los modelos más comercializados: Theratron (Theratronics) y Alcyon. La fuente se mueve entre dos posiciones (irradiación y no irradiación) con un movimiento lineal (Theratron) o circular (Alcyon).

Figura 12. Cabezales de equipos de telecobaltoterapia (figura derecha: Theratron 780 ; Figura izquierda: Alcyon)

El sistema de colimación incluye una colimación primaria que es fija y una colimación secundaria o móvil. La colimación primaria define el tamaño máximo de haz que permite la fuente y es mayor que el necesario para la mayoría de tratamientos. Es fijo, generalmente de forma circular y no accesible al usuario y es de plomo o tungsteno. La colimación secundaria consta de dos pares de bloques de material de elevado número atómic o, plomo, uranio empobrecido o tungsteno. Cada par de colimadores pueden moverse independientemente para obtener campos cuadrados o rectangulares que varían de 4x4 a 35x35 cm2 a la distancia del isocentro. Los circuitos eléctricos así como la bomba que impulsa al sistema para que la fuente entre y salga se sitúan en una parte del equipo que denominaremos estativo o parte fija del equipo. 3.3 Mesa de tratamiento Es similar a los de los aceleradores, aunque como son mas antiguas que estos no poseen indicadores digitales de las posiciones de sus movimientos . Los movimientos que tiene son los mismos que los aceleradores.

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3.4 Consola de mandos Esta situada en la sala de control en consecuencia fuera de la sala de irradiación. Permite seleccionar el tipo de terap ia a realizar (haces fijos o en movimiento mientras se produce la irradiación) y el tiempo de irradiación. Dispone de botones de puesta a cero y de posición de la fuente a modo de irradiación. Cuando se ha alcanzado el tiempo seleccionado entonces la fuente retorna a su posición de guarda. La consola posee contadores primarios y secundarios del tiempo de irradiación. Este último va desfasado algunos segundos con respecto al primero . Si fallase el primario la radiación se interrumpiría cuando se alcanzase el tiempo en el segundo contador. La consola también posee un conjunto de luces para indicarnos la posición de la fuente, verde para no irradiación y rojo o naranja para la de irradiación, también tiene una tecla para la interrupción del tratamiento del tratamiento si fuera necesario y otra de parada de emergencia. 4.0 EQUIPOS DE RAYOS X DE BAJA Y MEDIA ENERGÍA Son los primeros equipos que se emplearon en radioterapia. En la actualidad sirven básicamente para tratamientos de tumores que sean superficiales. Los componentes básicos de un equipo de estas características son el generador de rayos X, el tubo de rayos X, que en los equipos modernos son de metal-cerámico, el estativo soporte del tubo de rayos X. Para poder realizar la irradiación los equipos disponen de un conjunto de aplicadores y filtros. Los aplicadores tienen distintas formas y tamaño y en función de las lesiones a tratar se elegirán unos u otros. Los filtros van a servir para permiten eliminar los fotones de menor energía. Si la tensión aplicada es inferior a 120 kV el material mas corriente utilizado en el filtro es el aluminio. Si la tensión esta entre 120 a 400 kV, se utilizan filtros compuestos bien sea de cobre y aluminio o cobre, aluminio y estaño. La incidencia de un filtro sobre la distribución espectral y la tasa de dosis es muy importante, de modo que los equipos están diseñados con un d ispositivo de seguridad tal, que la emisión de radiación únicamente tiene lugar cuando el filtro posicionado se corresponde con la tensión elegida. Un elemento importante en estos equipos es el equipo de refrigeración que permite tener el tubo de rayos X a la temperatura adecuada. La consola de mandos en los equipos antiguos era analógica mientras que en los nuevos esta controlada por un microprocesador. Los equipos se clasificaban en función del voltaje generado, se denominaban de baja energía o superficial, cuando los estaban entre 50 – 160 kV y de energía media u ortovoltaje, cuando los voltajes estaban entre 160 a 300 kV. En la actualidad se comercializan equipos que son capaces de cubrir el rango desde 40 hasta 300 kV, con un único tubo de rayos X. Este esta construido de un material denominado metal cerámico.

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5.0 EQUIPOS DE SIMULACIÓN Actualmente se emplean simuladores tipo TC (Tomografía computarizada) ya que en casi todos los tratamientos de radioterapia se realizan dosimetrías clínicas que se hacen mediante sistemas denominados de tres dimensiones (3D). Anteriormente se empleaban los denominados convencionales. 5.1 Simulación TC (tomógrafo computarizado) de Radioterapia Es un TC como los de radiodiagnóstico que tendrá una abertura del diámetro del TC mayor que los de radiodiagnóstico. En general los de radiodiagnóstico tienen 65 cm. de diámetro mientras que los especialmente diseñados para radioterapia tienen del orden de 80 cm. o mayor. En cualquier caso la ubicación de los mismos es en el propio Servicio de Oncología Radioterápica. Dado que unas de las claves para la realización de un tratamiento es la reproducibilidad del mismo y el punto de partida es el TC es necesario que la mesa del mismo sea similar a las de las unidades de tratamiento, en consecuencia esta debe ser plana, por otro lado otra condición es que el sistema de alineación del paciente compuesto por tres láseres debe ser adecuado a la precisión con que realizamos el tratamiento. Es por ello necesario que los láseres estén colocados en las paredes de la sala del TC y que tengan la misma precisión que los de la sala de irradiación de la unidad de tratamiento. Para ello es necesario disponer de un sistema de láseres , al menos tres, externos al TC que aseguren su reproducibilidad a lo largo del tiempo. Las imágenes del TC son exportadas a un ordenador el cual posee un software que permite dibujar en los cortes axiales del TC las localizaciones que se desean irradiar así como aquellos órganos críticos que no se desean sobrepasar la dosis en ellos. Una vez terminado de dibujar se realiza en el sistema de planificación de tratamientos (TPS) la dosimetría clínica y en ella se diseñan los campos de irradiación. Se pueden obtener las imágenes digitales reconstruidas (DRRs) de los campos de irradiación que son exportadas al acelerador para ser comparadas con las imágenes obtenidas en el EPID.

5.2 Simulador convencional Obtiene imágenes convencionales de radiografías que simulan los haces de tratamiento con las mismas condiciones geométricas de irradiación que los haces empleados en las unidades de tratamiento. Por tanto, es un equipo que es igual que una unidad de radioterapia externa con la diferencia que no posee ni una fuente radiactiva como la unidad de cobalto ni un sistema como el d e los aceleradores sino de un tubo de rayos X que permite realizar radiografías con las mismas condiciones geométricas en que se van a realizar los tratamientos. Disponen de los mismos elementos de una unidad de radioterapia externa, es decir:

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Estativo, brazo, mesa de tratamiento y unidad de control mas un generador de rayos X y la unidad de control de los rayos X. El estativo contiene los circuitos eléctricos que permiten los movimientos del equipo El brazo contiene el tubo de rayos X, el sistema de colima ción de tubo de rayos X, mas un sistema de colimación para simular los colimadores de las unidades de tratamiento. El brazo permitirá los mismos movimientos que realizan las unidades de radiación: giros de brazo y colimador con escalas de la misma precisió n que las unidades de tratamiento. Mesa de tratamiento: realizara los mismos movimientos que las unidades de tratamiento. Unidad de control: permitirá realizar los movimientos de giros de brazo, colimador y movimientos de la mesa. También permitirá utiliza r escopia y las radiografías de simulación.

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