Lineární urychlovač
Lineární urychlovače jsou základem v radioterapii, s nimiž se provádí velká část terapeutických ozáření. Jejich
princip fungování je využíván u mnoha dalších modalit, jako např. Tomoterapie, CyberKnife, Kyvadlová
terapie (VMAT, RapidArc). Tyto metody se vlastně liší jen technologií a technikou aplikace, ve všech
případech však dochází k urychlování fotonů.
Lineární urychlovače urychlují nabité částice působením elektrického pole během jejich pohybu po lineární
přímkové dráze. V urychlovačích jsou ionty nebo elektrony urychlovány elektrickým polem a využívá se buď
svazku těchto nabitých částic, nebo sekundárních částic vznikajících při interakčních procesech na vhodných
terčících. Lineární urychlovač se často zkráceně nazývá Linac (Linear accelerator). Můžeme je rozdělit na
elektrostatické (vysokonapěťové) a vysokofrekvenční.
Elektrostatický lineární urychlovač
Jeho hlavními součástmi je zdroj vysokého napětí a urychlovací trubice. Urychlovací trubice je vakuová
trubice. Na katodovém konci se žhavenou spirálou a na anodovém s terčíkem z wolframu nebo ze zlata kam
dopadají urychlené elektrony. Terčík se stává zdrojem záření X. Mezi katodou a anodou je trubicový systém
urychlovacích elektrod.
Elektronové dělo emituje elektrony do urychlovacího systému (válcové elektrody), mezi nimiž je rozloženo
postupně vzrůstající napětí. Mezi elektrody je rozdělen celkový potenciál získaný vysokonapěťovým zdrojem,
to umožňuje rozložit urychlovací proces podél celé osy trubice. Současně dochází k soustředění (fokusaci)
svazku elektronů. Elektrostatickým polem jsou částice postupně urychlovány.
Urychlovací elektrody jsou napájeny vysokým napětím z elektrického kaskádního násobiče (soustava vhodně
zapojených diod a kondenzátorů) nebo Van de Graafova generátoru (obrázek vpravo).
Vysokofrekvenční lineární urychlovač
Tyto urychlovače jsou tvořeny urychlovací trubicí s řadou válcových elektrod, připojených ke zdroji
vysokofrekvenčního napětí konstantní frekvence, elektrody jsou připojeny ke zdroji střídavého napětí. Liché
válce jsou připojeny k jednomu pólu vysokofrekvenčnímu napětí, sudé válce k druhému. Pokud se kladná
částice přiblíží k elektrodě s opačným nábojem, dojde k zvýšení její kinetické energie a částice zvyšuje svou
rychlost. Je-li synchronizace mezi délkou elektrod, frekvencí a napětí volena tak, aby se vždy během průchodu
částice mezi jednotlivými elektrodami tak obrátila polarita střídavého napětí, budou se tyto částice při
průchodu každou elektrodou opakovaně urychlovat.
Elektrické pole mezi elektrodami částice nejen urychluje, ale funguje i jako elektrostatická čočka, tj. zaostřuje
svazek částic, viz obr. Zaostřování svazků se dělá proto, aby se částice držely v jednom „chumlu“. Zvyšuje se
tak pravděpodobnost zásahu velmi malé plošky terče.
Vývojem lineárních urychlovačů docházelo stále k zvyšování frekvence, přičemž místo válcových elektrod se
používají dutinové rezonátory. Moderní lineární urychlovače využívají k urychlení částic vlnovod, rozdělený
vhodnými diskovými výběžky na řadu rezonančních dutin napájeného frekvencí několika GHz (nejčastěji 3
GHz) z klystronu nebo magnetronu.
V léčbě lineárním urychlovačem je užíváno vysokoenergetického svazku fotonů nebo elektronového svazku
vznikající na základě vysokonapěťového urychlení elektronů v urychlovací trubici a jejich prudkém zabrzdění
v hlavici přístroje (brzdné záření, záření X, fotonové záření) nebo rozptýlení do plochy ozařovacího pole
(elektronové ozařování).
• maximální dávka je 1-4 cm pod povrchem kůže
• Vícelamelový kolimátor (multi-leaf kolimátor, MLC)
Vycházející svazek fotonů je ohraničen a tvarován v hlavici urychlovače systémem vykrývacích clon (lamel)
s nezávislým pohybem, umožňuje vytvoření nepravidelného a individuálního tvaru ozařovaného pole a dnes
nahrazuje výrobu individuálních stínících bloků
• IMRT (Intensity Modulated RadioTherapy - Radioterapie s modulovanou intenzitou svazku)
Proces činností umožňující ozáření cílového objemu svazkem fotonového záření s modulovanou intenzitou.
Pro výpočet modulované fluence se využívá inverzní plánování. Modulaci svazku lze vytvořit několika
způsoby, nejčastější je použití kompenzátoru z absorpčního materiálu nebo MLC. Technika umožňuje zvýšení
terapeutické dávky a dosažení cíleně diferencovaného rozložení dávky v cílovém objemu při současném šetření
zdravých tkání a kritických orgánů.
• IGRT(Image-guided radiation therapy – Radioterapie řízená obrazem)
Systém sloužící k ověření správné polohy pacienta před aplikací i během aplikace terapeutické dávky záření.
Odchylky mezi jednotlivými frakcemi ozařování mohou být způsobeny např. mírnou změnou polohy pacienta
při nastavení, anatomickými změnami v průběhu ozařování (váhový úbytek, otok ozařované oblasti) a mohou
výrazně změnit distribuci dávky. Moderní ozařovací přístroje jsou doplněny systémy korekce na dýchací
pohyby. Jedná se o systémy složené ze zdroje fotonů (rentgenka) a detektoru, které jsou umístěny na ramenech
v určitých úhlech k ozařovací hlavici. Pomocí nich jsou získávány buď dvourozměrné (portálové snímkování)
či trojrozměrné projekce (CT obraz; IGRT technika radioterapie) ozařované oblasti. Tyto projekce jsou pak
porovnávány s referenčními snímky z plánování léčby.
CyberKnife je založen na technologii lineárního urychlovače velmi malé hmotnosti umístěném na robotickém
rameni s možným pohybem v šesti osách. Zobrazovací systém sleduje pacienta během ozáření. Při změně
polohy systém zastaví ozařování a dle snímků robotická paže zaměří lineární urychlovač přesně do cílového
ložiska.
U TomoTherapy je základem systému lineární urychlovač rotující po vrstvách (prstenci) okolo pacienta.
Svazek záření je použit jak k vlastnímu ozáření, tak i k provádění kontrolního CT ke zjištění odchylky.
ArcTherapy je vysoce konformní radioterapie s modulovaným svazkem lineárního urychlovače nového typu
dodaná v jednom kyvu ramene urychlovače. Výhodou proti obdobné technice IMRT je vyšší rychlost ozáření
a zároveň nižší radiační zátěž pacienta a personálu unikajícím zářením a nižší opotřebování urychlovače.
Radioizotopové ozařovače
Ozařovací přístroje využívající jaderné záření, tedy energii vznikající rozpadem jádra radioizotopu, např.
60Co-kobalt a 137Cs-cesium, mají dnes uplatnění hlavně při paliativní a nenádorové radioterapii. Jsou
postupně vyřazovány z provozu.
Terapeutické rentgenové přístroje
Používají se pro léčbu karcinomů kůže a v některých indikacích paliativní léčby a u nenádorových afekcí. Její
výhodou a zároveň i nevýhodou je maximální dávka na povrchu těla, kůži
Autor textu: Ing. Mariana Kleinová, RA - KRNM FN Brno
Doporučená a použitá literatura:
1. Přístrojová technika. In: RadiologickyAsistent [online]. [cit. 2021-01-17]. Dostupné z:
https://www.radiologickyasistent.cz/radioterapie/pristrojova-technika/
2. Radioterapie - učební texty pro studenty 5. roč. LF MU Brno. In: Medici - základy radioterapie,
portál MOU [online]. [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: file:///C:/Users/maria/Downloads/krozaklady-
radioterapie.pdf
3. KLACLOVÁ, Taťána. Přehled principů moderních metod v radioterapii [online]. 2005 [cit. 2021-
01-18]. Dostupné z: https://www.linkos.cz/lekar-a-multidisciplinarni-tym/kongresy/po-
kongresu/databaze-tuzemskych-onkologickych-konferencnich-abstrakt/prehled-principu-modernich-
metod-v-radioterapii/
Zdroje obrázků:
1. Lineární urychlovač. In: Slide Player [online]. [cit. 2021-01-18]. Dostupné z:
https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fslideplayer.cz%2Fslide%2F1892775%2F
&psig=AOvVaw2uEF4HmfWQ7nonhe3Qe066&ust=1611005519266000&source=images&cd=vfe
&ved=0CAIQjRxqFwoTCLDiorX1o-4CFQAAAAAdAAAAABAD
2. KRÁLOVÁ, Magda. Van de Graaffův generátor. In: Techmania Science Center [online]. [cit. 2021-
01-17]. Dostupné z: http://edu.techmania.cz/cs/veda-v-pozadi/583
3. Lineární urychlovač. In: Encyklopedie fyziky [online]. [cit. 2021-01-17]. Dostupné z:
http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/857-linearni-urychlovac
4. Elementární částice a urychlovače: lineární urychlovače. In: AstroNuklFyzika [online]. [cit. 2021-01-
17]. Dostupné z: http://astronuklfyzika.cz/JadRadFyzika5.htm