• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Trzy innowacyjne urządzenia do radioterapii powstaną w Świerku

    06.04.2012. 08:25
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Mobilny akcelerator elektronów do śródoperacyjnego leczenia miejsc po wycięciu guza, wieloenergetyczny akcelerator do wysokospecjalistycznych procedur radioterapeutycznych oraz przeznaczona dla mniejszych ośrodków onkologicznych igła fotonowa, czyli niskoenergetyczny przyspieszacz elektronów z lampą rentgenowską - to trzy z innowacyjnych urządzeń, jakie opracowuje dla polskich pacjentów Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku. Nowe technologie rozwijane są w dzięki wartemu 79 milionów projektowi "AiD - akceleratory i detektory".

    AKCELERATORY WIELOENERGETYCZNE - SZERSZE MOŻLIWOŚCI TERAPII

    Zakład Aparatury Jądrowej NCBJ od wielu lat produkuje akceleratory dla medycyny. Do niedawna były to akceleratory jednoenergetyczne, czyli takie, które emitowały jedną wiązkę elektronów o danej energii. Dzięki projektowi AiD technologia została lepiej rozwinięta i jest na wyższym poziomie zastosowania. Akceleratory, nad którymi obecnie pracują eksperci ze Świerka mają tę funkcjonalność, że dostarczają wielu energii elektronów.

    "Pierwsze z urządzeń, nad jakimi pracujemy, to mobilny akcelerator elektronów do leczenia śródoperacyjnego. Taki akcelerator emituje wiązki elektronów, które są kierowane do miejsca po wycięciu guza, np. piersi u kobiet. Promieniowanie elektronowe jest bardzo istotne dla onkologii. Elektrony mają taką własność, że jonizują materię, przez którą przechodzą, i w ten sposób niszczą struktury komórkowe" - opowiada kierownik projektu, dr Agnieszka Syntfeld-Każuch z Zakładu Fizyki Detektorów NCBJ.

    Jak tłumaczy, wycięcie guza nie gwarantuje jeszcze usunięcia wszystkich komórek nowotworowych, stąd - kierując elektrony w miejsce pooperacyjne - lekarze starają się zmaksymalizować liczbę zniszczonych komórek nowotworowych. Efekt ten można osiągnąć dzięki użyciu akceleratora generującego wiązkę elektronów o wymaganej przez terapię energii. Omawiany akcelerator zapewnia przyspieszenie wiązki elektronów do energii od 4 do 12 MeV (megaelektronowoltów - jednostek energii używanych w fizyce jądrowej), bo taki zakres energetyczny interesuje lekarzy-radioterapeutów.

    Urządzenie to stwarza onkologom wiele nowych możliwości. W zależności od tego, czy operowana jest np. pierś czy okolice jamy brzusznej - lekarze potrzebują wiązek elektronowych o różnych energiach. Naukowcy, którzy opracowują nowe akceleratory chcą dostosować się do szerszych potrzeb lekarzy i w ten sposób definiują innowacyjność swoich technologii.

    ZAAWANSOWANY AKCELERATOR DO ZADAŃ SPECJALNYCH

    Jeszcze więcej możliwości oferuje drugie, bardziej zaawansowane urządzenie opracowywane w ramach projektu. Wieloenergetyczny akcelerator elektronów do wysokospecjalistycznych procedur radioterapeutycznych zintegrowany z symulatorem diagnostycznym. Będzie generował wiązki elektronów, ale dodatkowo będzie miał możliwość wytwarzania promieniowania gamma.

    "Ten akcelerator jest naszym największym przedsięwzięciem i będzie najdroższym produktem, gdyż jest dodatkowo wyposażony w system obrazowania, który wcześniej - przed docelowym naświetleniem - ujawnia na zasadzie prześwietlenia rentgenowskiego, dokładne położenie nowotworu" - mówi dr Syntfeld-Każuch.

    Dodaje, że takie urządzenie będzie wyposażone w system planowania leczenia. Oznacza to, że lekarz otrzymuje pełne oprogramowanie do akceleratora i pracując przy komputerze najpierw obrazuje nowotwór - jego położenie i rozmiar, następnie planuje odpowiednią dawkę promieniowania, czyli kluczowy parametr, i naświetla guz.

    Uczeni pracują też nad technikami precyzyjnego napromieniania zmian nowotworowych przy maksymalnej ochronie tkanek zdrowych - przykładowo, radioterapia z modulacją intensywności dawki IMRT bądź radioterapia z weryfikacja położenia guza za pomocą systemu obrazowania IGRT.

    Jak zaznacza kierownik projektu, guz może być przecież tworem nieregularnym, a terapia może być trudna. Ingerując w organizm specjaliści muszą z różnych stron dostać się do tego guza i w ten sposób, modulując kształtem i intensywnością wiązki, niszczyć go. Akcelerator NCBJ ma możliwość obrotu wokół pacjenta, dzięki temu na ekranie można obserwować przestrzenne położenia guza i formować kształt i intensywności wiązki tak, żeby nie naruszać tkanek zdrowych.

    IGŁA FOTONOWA UMOŻLIWI RADIOTERAPIĘ W MNIEJSZYCH OŚRODKACH

    Igła fotonowa, czyli niskoenergetyczny przyspieszacz elektronów z lampą rentgenowską, którego promieniowanie fotonowe wprowadzone jest aplikatorem w bezpośrednie sąsiedztwo guza, to kolejna propozycja - bardzo atrakcyjna cenowo.

    "Służy ona również do naświetlania tkanek po wycięciu guza w piersi u kobiet, aby zniszczyć pozostałe komórki nowotworu. Jednak tego naświetlania dokonujemy nie wiązką elektronów, jak to było w przypadku pierwszego omawianego akceleratora, ale wiązką niskoenergetycznego promieniowania X" - objaśnia dr Syntfeld-Każuch.

    Zaznacza, że to urządzenie jest niewielkie. O ile duży akcelerator może ważyć ponad tonę, to igła fotonowa jest rurką o długości ok. 40 cm, a z końca tej rurki wychodzi w kształcie sfery promieniowanie X. Niestety - czas naświetlania potrzebny do uzyskania tej samej mocy destrukcji, jest znacznie dłuższy i dochodzi do 20-30 minut. Jak przyznaje doktor, jest to dyskomfort dla pacjentki, która musi leżeć na stole medycznym przez dłuższy czas i porusza klatką piersiową przy oddychaniu.

    Jednak takie urządzenie ma swoje plusy. I nie chodzi jedynie o cenę. Nie wszystkie ośrodki mają możliwość zakupienia urządzeń stacjonarnych o wielkich gabarytach, które naświetlają w dużo krótszym czasie.

    "Szpital musi mieć przystosowane miejsce, to nie może być normalna sala operacyjna, skoro ma tam wjechać tonowe urządzenie. Musi być dedykowane pomieszczenie na takie operacje. Podłoże musi być wzmocnione, to dodatkowy wydatek dla szpitala - dostosowanie pomieszczenia. Taniej i łatwiej jest zakupić ten "akceleratorek", który nazywamy igłą fotonową. Jest on umocowany na lekkim mobilnym manipulatorze dentystycznym, waży kilkanaście kilogramów, w każdej chwili można takie urządzenie ustawić w dowolnej sali tak, żeby nie generować dodatkowych kosztów modernizacji pomieszczeń" - ocenia rozmówczyni PAP.

    ***

    "AiD - akceleratory i detektory" to skrócona nazwa projektu "Rozwój specjalizowanych systemów wykorzystujących akceleratory i detektory promieniowania jonizującego do terapii medycznej oraz wykrywania materiałów niebezpiecznych i odpadów toksycznych". Na prace badawcze i konstrukcyjne przeznaczono 79 milionów złotych z Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka. Projekt jest rozliczany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

    Więcej na temat planów wdrożeniowych w serwisie Nauka w Polsce tutaj i tu.

    PAP - Nauka w Polsce, Karolina Olszewska

    agt/


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Angara-1 – radzieckie urządzenie do badań nad syntezą termojądrową zbudowane w latach 70. XX wieku w Instytucie Energii Atomowej im. Kurczatowa. Urządzenie mogło wytworzyć plazmę o energii 1 MeV i prądzie 150-330 kA, gęstości prądu 30 MA/cm², maksymalnej mocy wiązki 250 GW, i energii zgromadzonej w wiązce na poziomie 15 kJ. W 1980 roku dobudowano do niego akcelerator o energii 5 MJ. Akcelerator plazmowy jest urządzeniem do przyspieszania naładowanych cząstek, takich jak elektrony, pozytrony i jony, przy wykorzystaniu pola elektrycznego w powiązaniu z falą wytworzoną w plazmie elektronowej. Fala tworzona jest na drodze krótkiego laserowego impulsu światła lub za pomocą impulsu elektronowego przez plazmę. Technika rokuje możliwości budowy akceleratorów cząstek o bardzo dużej wydajności oraz dużo mniejszych rozmiarach, w porównaniu do konwencjonalnych rozwiązań i związanych z nimi kosztów. Obecna wersje eksperymentalne urządzeń wykazują gradient przyspieszenia kilka razy większy niż współcześnie używane akceleratory. Na przykład eksperymentalne urządzenie w Lawrence Berkeley National Laboratory przyspiesza elektrony do 1 GeV na odcinku 3.3 cm, podczas gdy SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) konwencjonalny akcelerator potrzebuje 64 m, aby uzyskać tą samą energię. Podczas ostatnich eksperymentów dokonanych przez zespół SLAC udało się przy wykorzystaniu akceleratora plazmowego typu PWFA osiągnąć energię 42 GeV na odcinku 85 cm. Działo elektronowe – element urządzeń wytwarzający odpowiednio skierowany strumień elektronów o odpowiedniej energii. Działo elektronowe jest elementem kineskopów, mikroskopów elektronowych, źródłem elektronów w akceleratorach cząstek.


    Dyfrakcji elektronów o niskiej energii (LEED) (ang. Low Energy Electron Diffraction) – technika badawcza stosowana w celu określenia struktury powierzchni materiałów krystalicznych polegająca na bombardowaniu skolimowaną wiązką elektronów o niskiej energii (20-200 eV) powierzchni i obserwacji dyfrakcji elektronów na ekranie fluorescencyjnym. Używana jest również nazwa dyfrakcja niskoenergetycznych elektronów. Terapia protonowa - rodzaj radioterapii cząsteczkowej wykorzystującej promieniowanie protonowe do naświetlania zmian nowotworowych. Procedura ta jest stosowana szczególnie u pacjentów, u których konwencjonalna radioterapia fotonowa nie może być stosowana ze względu zbyt głębokie położenie nowotworu w organizmie, lub bliskie położenie organów krytycznych. Protonoterapia umożliwia podanie optymalnej dawki w obszarze nowotworu z minimalną dawką zaabsorbowaną w zdrowych tkankach położonych płycej ze względu na tak zwany odwrotny profil dawki wynikający ze wzoru Bethego-Blocha. Terapia przyśpieszonymi protonami została zaproponowana w 1946 roku przez R.R. Wilsona.

    Emisja wtórna jest rodzajem emisji elektronów zwanych wtórnymi z powierzchni ciała stałego, pod wpływem działania na to ciało wiązki elektronów (bądź jonów lub innych cząstek) o dostatecznie dużej energii.
    Emisja tego rodzaju składa się z trzech etapów:
    1. Wzbudzenie elektronów w ciele stałym do wyższego poziomu energetycznego,
    2. Transport wzbudzonych elektronów do granicy ciało stałe-próżnia,
    3. Emisja elektronów. Pierścień akumulacyjny – kołowy akcelerator cząstek, którego zadaniem jest utrzymywanie krążącej w nim wiązki cząstek przez możliwie długi czas (godziny, czasem dni). Cząstki utrzymywane są zazwyczaj przy stałej energii, często pierścień akumulacyjny rozpędza je najpierw do energii docelowej, a następnie utrzymuje przez dłuższy czas przy tej energii.

    Teleradioterapia – jedna z technik leczenia w radioterapii za pomocą promieniowania jonizującego, w metodzie tej źródło promieniowania umieszczone jest w pewnej odległości od tkanek. Polega na napromienianiu wiązkami zewnętrznymi określonej objętości tkanek, obejmującej guz nowotworowy z adekwatnym marginesem tkanek oraz, w razie potrzeby, regionalne węzły chłonne. Objętość napromieniania powinna być określona jak najbardziej precyzyjnie, tak aby możliwe było podanie jednorazowej dużej dawki przy maksymalnej ochronie tkanek prawidłowych, zwłaszcza tzw. narządów krytycznych. Służy temu proces planowania leczenia przy użyciu TK lub MRI. Stosowana jest w onkologii do leczenia chorób nowotworowych oraz łagodzenia bólu związanego z rozsianym procesem nowotworowym, np. w przerzutach nowotworowych do kości. Popiołomierz – urządzenie służące do pomiaru jakości węgla kamiennego (lub innego paliwa stałego np węgla brunatnego lub lignitu), poprzez pomiar zawartości substancji niepalnych, a więc nie podlegających procesowi spalania. Początkowo były to tylko urządzenia radiometryczne wymagające do pracy źródła promieniowania jonizującego gamma. Działanie takich urządzeń zostało oparte na pomiarze pochłaniania dwóch wiązek promieniowania o różnych energiach. Niskoenergetyczna wiązka promieniowania, zostaje osłabiona przez popiół, którego liczba atomowa jest wielokrotnie większa od liczby atomowej substancji palnej oraz od warstwy węgla na taśmociągu. Natomiast osłabienie wiązki wysokoenergetycznej zależeć będzie niemal wyłącznie od masy powierzchniowej węgla. Dzięki temu można z dużą dokądnością, w sposób ciągły (np na taśmociągu) mierzyć zawartość popiołu w węglu.

    Akcelerator wysokiej częstotliwości – akcelerator cząstek przyspieszający je za pomocą pola elektrycznego o wysokiej częstotliwości. Do tego rodzaju akceleratorów należą: cyklotron, synchrocyklotron, mikrotron, synchrotron protonowy i elektronowy, akceleratory z falą bieżącą i stojącą. Ich cechą jest to, że cząstki przyspieszane muszą przebiegać przez przestrzeń akceleracyjną wyłącznie wtedy, gdy pole przyspieszające ma właściwy kierunek. W przeciwnym razie, cząstka albo nie będzie doznawać przyspieszenia (brak pola), albo będzie hamowana (pole w niewłaściwym kierunku).

    Mikrotron - akcelerator cząstek zaliczany do akceleratorów kołowych; używany jest do przyspieszania elektronów. Układ składa się z elektromagnesów zakrzywiających tor cząstek oraz elektrod przyśpieszających polem elektrycznym, swoją budową przypomina cyklotron.

    Odwrotne rozpraszanie Comptona - zderzenie elektronu o wysokiej energii z fotonem o niskiej energii, w wyniku którego elektron przekazuje część swojej energii fotonowi. Zjawisko to znajduje praktyczne zastosowanie przy wytwarzaniu wiązek promieniowania o wysokiej energii lub schładzaniu elektronów. W astrofizyce uważa się je za mechanizm powstawania promieniowania X oraz gamma np. po wybuchach supernowych, wskutek zderzeń wysokoenergetycznych elektronów pochodzących z gwiazdy z fotonami mikrofalowego promieniowania tła. Nóż gamma (ang. gamma knife) – urządzenie medyczne wykorzystywane w radiochirurgii, odmianie radioterapii stereotaktycznej – trójwymiarowej radioterapii, wykorzystującej wysokie wartości dawki (powyżej 10 Gy) w pojedynczej frakcji napromieniania, o bardzo wysokiej precyzji (z dokładnością powyżej 0,5mm). Operacja nożem gamma jest metodą konkurencyjną dla klasycznej neurochirurgii, stosowaną w najmniej inwazyjnym leczeniu guzów mózgu, w szczególności gdy przy użyciu tradycyjnej neurochirurgii usunięcie guza jest utrudnione. Nóż gamma jest również stosowany w celu uniknięcia powikłań chirurgicznych, a także u pacjentów, u których stan zdrowia wyklucza wykonanie klasycznej operacji.

    Akcelerator wstrzykujący (inżektor) – akcelerator służący do wstępnego rozpędzania cząstek na potrzeby akceleratorów wysokich energii. Spektrometr beta (ang.) beta spectrometer, beta-ray spectrometer – spektrometr służący do rejestrowania widma promieniowania beta, np. rozkładu energii elektronów emitowanych przez badane źródło; klasyczny spektrometr magnetyczny („typu Danysza”) jest zbudowany z komory próżniowej, silnego elektromagnesu, detektora oraz układów regulacji i rejestracji widma. Emitowane przez źródło elektrony przechodzą przez szczelinę, a następnie ich tor ulega zakrzywieniu w jednorodnym polu magnetycznym, którego linie sił są prostopadłe do kierunku ruchu elektronów. Kształt toru elektronów jest zależny od indukcji pola; do detektora docierają elektrony o określonej energii – widmo promieniowania beta można zarejestrować zmieniając np. wartość indukcji lub położenie detektora. W spektrometrii promieniowania beta stosuje się różne rodzaje detektorów cząstek elementarnych, np. półprzewodnikowe, gazowe lub scyntylacyjne (służące również do badań widma w zakresie alfa i gamma).

    Rura Crookesa – rodzaj lampy wyładowczej, urządzenie demonstrujące prostoliniowy przebieg tzw. „promieni katodowych”, czyli elektronów przemieszczających się w próżni pomiędzy elektrodami. Urządzenie zostało wynalezione, zbudowane i zaprezentowane w 1879 roku przez angielskiego fizyka Williama Crookesa. Promieniowanie gamma – wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. Za promieniowanie gamma uznaje się promieniowanie o energii kwantu większej od 50 keV. Zakres ten częściowo pokrywa się z zakresem promieniowania rentgenowskiego. W wielu publikacjach rozróżnienie promieniowania gamma oraz promieniowania X (rentgenowskiego) opiera się na ich źródłach, a nie na długości fali. Promieniowanie gamma wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych albo zderzeń jąder lub cząstek subatomowych, a promieniowanie rentgenowskie – w wyniku zderzeń elektronów z elektronami powłok wewnętrznych lub ich rozpraszaniu w polu jąder atomu. Promieniowanie gamma jest promieniowaniem jonizującym i przenikliwym. Promieniowania gamma oznacza się grecką literą γ, analogicznie do korpuskularnego promieniowania alfa (α) i beta (β).

    Kosmotron, to popularna nazwa synchrotronu protonowego, czyli akceleratora cząstek, zbudowanego w Brookhaven National Laboratory (Long Island, USA) w roku 1948. Pełną energię przyspieszanych cząstek uzyskał w 1953 roku, pracował do 1968 roku. Był pierwszym akceleratorem, który przyspieszał protony do energii 3 GeV. Nazwa nawiązująca do kosmosu wzięła się stąd, że urządzenie to dało jako pierwsze możliwość przeprowadzania i badania reakcji jądrowych wywołanych przez cząstki o energiach zbliżonych do energii pierwotnego promieniowania kosmicznego. Protony o tak dużej energii zderzane z tarczą wytwarzały mezony, które wcześniej obserwowano tylko w rozpadach wywołanych promieniowaniem kosmicznym. Aparat rentgenowski – urządzenie do wytwarzania promieniowania rentgenowskiego. Miejscem powstawania promieniowania jest w nim zwykle lampa rentgenowska.

    Dodano: 06.04.2012. 08:25  


    Najnowsze