LINAC (LİNEER AKSELERATÖR-DOĞRUSAL HIZLANDIRICI) NEDİR?
Linac, hastanelerin onkoloji bölümünde bulunan,kanser tedavisinde kullanılan ve hastaya X-ışını yollamak suretiyle bunu gerçekleştiren bir cihazdır. Tıbbi görüntüleme cihazlarından (MR, CT, vb.) alınan görüntüler vasıtasıyla, çevredeki sağlıklı dokulara zarar vermeden sadece kanserli hücrelere yüksek dozda radyoaktif ışın uygulayan external tedavi cihazıdır.
Radyoterapi, external(dışarıdan) ve internal(içeriden) olmak üzere iki farklı şekilde yapılır. External radyoterapide Cobalt-60 cihazı ya da Linac kullanılır. Bu yazımızda Linac, yani ‘Lineer Hızlandırıcı’yı inceleyeceğiz:
Linac ,yüksek gerilim altında metal hedeften koparılan elektronları akseleratör tübü içerisinde hızlandırarak, bu elektronların ‘Gantry’de (cihazın kafa bölgesi) bir targete çarptırılması sonucu oluşan X-Işınlarının belli kolimatörler vasıtasıyla hastaya odaklar. Verilen bu radyasyon vücutta saniyeler içinde tepkimeler başlatıyor. Bu tepkimeler sonucu oluşan moleküller kanser hücrelerin genetik kodu olan DNA’larda kırıklıklar meydana getirir. Böylece genetik kodu hasarlanan tümör hücreleri bundan sonra bölünemez ve ölmeye başlarlar. Bu şekilde bıçaksız cerrahi olara da değerlendirebiliriz. Çünkü hastada kanama, yara, acı vs. olmaz.
Linac, Türkiye’de ilk defa Sivas Numune Hastanesi’nde kuruldu ve kullanılmaya başlandı.
Biyomedikal Mühendisliği hakkında detaylı röportajımızı izlemek için:
Lineer Hızlandırıcıya Neden İhtiyaç Duyuldu?
Standart(konvansiyonel enerji seviyesinde elde edilen) X-ışınlarının giricilik kabiliyeti düşük olduğundan, derine yerleşmiş tümörlerin tedavisinde tümörün üst kısmında bulunan sağlam dokular fazla miktarda doz almakta ve dolayısıyla ciltteki dokular zarar görmekteydi. Kemik ile yumuşak doku arasındaki büyük soğurma farkı, yapılan bu tedavide tehlike arz etmekteydi. Dokularda aynı soğurmayı verecek X-ışını cihazlarının standart tüpte çalışan cihazlar ile elde edilemeyeceği anlaşıldı. Ve 1928 yılında İsveçli fizikçi Wideröe tarafından ilk lineer hızlandırıcı yapıldı. Bu gelişmeyi; 1948 yılında İngiltere’nin ve 1955 yılında da Amerika’nın günümüzdeki medikal lineer hızlandırıcıların da esasını oluşturan ilk mikrodalgalı hızlandırıcıları kurması takip etti.
Linac Kullanımı
Birinci adım, onkolojistler tarafından tıbbi görüntüleme cihazlarından (MR, CT, vb.) alınan görüntülerin işlenerek tümörlü bölgelerin tespit edilmesi ve bu işlem sonucu tümör koordinatlarının belirlenmesidir. Bu hücrelerin çevresindeki kanser riski taşıyan dokular dahil olmak üzere ‘Tehlikeli Bölge’ belirlenir. Fizik mühendisleri yardımıyla tehlikeli bölgenin yeri ve büyüklüğüne göre X-ışınları yoğunluğu ve uygulama yönü belirlenir.
Daha sonra hastaya simülatördeki ile aynı olacak şekilde sabit pozisyona getirilir (set-up işlemi). Gantry’nin hastanın etrafında dönerek, hastanın üzerinde bulunduğu tedavi yatağının da hareket kabiliyetinden faydalanarak tehlikeli bölge için doğru açıyı bulduktan sonra tedavi için hazır hale getirilir.
Tedavi esnasında çok yüksek enerjili X-ışınları oluştuğu için, ilgili odada hastanın kendisi dışında hiç kimse bulunmaz. External radyoterapide kullanılan cihazların bulunduğu odalar özel korunaklı ve zırhlı odalardır, son derece güvenliklidir. Kapıları kalın, duvarları ise özel zırhlanmıştır ve lisanslı malzemelerden yapılmıştır. Bu odalara bir labirentten geçerek girilir.
Tedavi, radyoterapistler tarafından dışardaki kumanda konsolu vasıtasıyla yapılmaktadır. Tedavi sırasında radyoterapistin bulunduğu odada hastayı izlemek için farklı açılarda kameralar ve fiziksel parametreleri gösteren monitörler mevcuttur.
Çalışma Prensibi
Ayrıntılı olarak çalışma prensibine bakmadan önce bilmemiz gerekenler:
Magnetron Nedir?
Magnetron,milkrodalga üreten bir osilatördür. Mikrosaniye mertebesindeki aralıklarda mikrodalga atımları üretir. Saniyede birkaç yüz atım oluşturur ve her atım içindeki mikrodalganın frekansı 3000 MHz’dir. 6MV ya da düşük enerjili linaclarda magnetronların çıkış gücü 2MW’dir.
Klystron nedir?
Klystron, mikrodalga üretmez. Mikrodalga güçlendiricisi olarak görev yapar. Düşük güçteki osilatörler tarafından üretilen mikrodalgalar güçlendirilmek üzere klystrone gönderilir. Yüksek enerjili linaclarda kullanılan klystronlar 5MW çıkış gücü ile 25 MV’ye kadar enerji üretebilmektedir. Klystronların doz stabilitesi magnetronlara göre daha iyidir.
X-ışını Nedir?
Elektronlar tungsten gibi yüksek yoğunluklu, gelen elektronların tamamını soğuracak kalınlıkta ve soğutabilir olan bir hedefe çarptılırıldığında ‘Bremsstrahlung X-ışınları’ oluşur. Üretilen bu X-ışınların ortalama enerjisi, maksimum enerjinin yaklaşık 3’te 1’i kadardır.
Kolimatör Nedir?
Hastaya verilecek olan radyasyon alanının daraltılması, radyografıik imajın da kalitesini artırır. Kolimatörler, lineer hızlandırıcıdan çıkan ışınları rastgele dağılmamaları için belirli bir doğrultuya yönlendirmeye ya da daraltmaya yarayan bir cihazdır. Yani kısaca, X-ışınları demetlerini tümörün fiziki yapısına göre şekillendirir.
Gantry Nedir?
Işının hastaya uygulanmak üzere dışarıya çıktığı son kısım olan gantry, kolimatör bloğunu içinde bulundurur ve ışınların çıktığı bloktur. Bu blok, çok yüksek hareket kabiliyeti ile çeşitli açılardan hastanın tedavi bölgesine konumlanabilmektedir. Hasta masası ise hastaların X-ışınlarına göre konumlandırılacağı bölümdür. Hasta masasının yatay eksende 360 derece dönebilme ve yukarı aşağı hareket edebilme kabiliyeti sayesinde X-ışınlarının hastaya ulaşması durumunda oluşabilecek kör noktalar minimum seviyeye indirilmektedir.
Linac Nasıl Çalışır?
Güç kaynağı ;merkezinde katot,çevresinde anot bulunduran silindirik yapılı,impuls(atma) oluşturan şebeke ağı ve hidrojen tyratron lambalarını içeren modülatöre doğru akım verir. Elektrik akımı modülatörde depolanır. Bir kontrol sistemi, bu akımla belli aralıklarla titreşimler oluşturur(mikrodalga). Modülatörden çıkan yüksek voltajlı impulslar magnetron ve klystron tüplerine ve aynı zamanda elektron tabancasına iletilir. Magnetronun elektromanyetik dalgalar üreten ve klystronun ise elektromanyetik dalgayı güçlendiren düzenekler olduğunu yukarıda söylemiştik. 15MeV’den büyük olan elektronlar için klystron kullanılır.Hızlandırıcı,silindirik tüpten oluşmuş olup 10cm çapındadır. 0,25 dalga boyu aralıklarla metalik disk veya diyagramdan oluşan seri bakır odacıklardan ibarettir.Bu tüpe yüksek derecede vakum uygulanır.
Elektron tabancasından elde edilen elektronlar 50keV’lik enerji ile(ışık hızının 5’te 2’si kadar hızlandırıcı bakır tüpün içine gönderilir. Magnetron ve klystrondan çıkan elektromanyetik dalgalar hızlandırıcı tüpe gelir. Böylece,yaklaşık 10cm çaplı odacıklarda 3000MHz frekansında titreşimler oluşturulur. Odacıkta oluşan bu yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar , odacığın ortasındaki kanala iletilir. Bu arada elektron tabancasından elde edilen elektronlar, 50keV ile hızlandırıcı bakır tüpe girer, elektromanyetik dalgalara bindirilir ve odacıktan odacığa bu kanal boyunca doğrusal olarak hızlanarak ilerler.Bir elektrodun(odacık)içine girmekte olan bir parçacık,AC geriliminin periyodunun yarısına eşit bir zaman için, alan olmayan bir bölgeye sürüklenir. Bu yolla gerilim kutuplanması,parçacığın sürüklenme tüpü içinde geçirdiği süre içinde tersine çevrilir ve daha sonra parçacık, bir sonraki boşluğu geçerken hızlandırılır.Son odacıktan çıktığında elektronlarn hızları her odacıkta aldıkları hızlarının toplamına eşit olur.Bu işleme lineer hızlandırma denir.
Lineer hızlandırma odalarına iletilen titreşimlerin hepsinin aynı frekansta olmasını ve; frekans düzenleyicisi ve lineer hızlandırıcı tüpünde oluşabilecek iyonları tutarak daha önce oluşturulan vakumu sağlamak için vakum pompası kullanılır. Elektronları bir demek halinde toplamak ve bu halde hedefe göndermek için manyetik odaklayıcılar kullanılır. Yüksek enerjili elektronlar, hızlandırıcının çıkış pencesinden, en yüksek enerjilerini kazanarak, 3mm çapında pencil beam olarak çıkarlar. Enerjileri yaklaşık 5MV/metre’dir. Daha yüksek enerjili ışınlar elde etmek için; bu huzme,tüp ile hedef arasındak yönlendirici mıktanıs(bending) ile 900 veya 2700 saptırılarak elektron demetinin çıkacağı kafa kısmına(Gantry) yönlendirilir. Buradan da hedefe(target) veya yapının dışına verilir.
Elektronlar, tungsten gibi yüksek atomik sayılı bir metalden oluşmuş targete çarptırılarak frenleme X-ışını elde edilir. Bu fotonun yayılım yönü gelen elektronun enerjisine bağlıdır. Gelen elektronun kinetik enerjisi 100keV’den az ise, X-ışınının yayılımı tüm doğrultularda hemen hemen eşittir. Elektronun enerjisi arttıkça,ileri doğrultuda X-ışını yayılımı artar.MV mertebesindeki X-ışını tüplerinde kullanılan geçirgen tip yüksek atom numaralı hedeflerin bir yüzüne elektronlar gelirken,diğer yüzüne X-ışınları oluşur.Gelen elektronun soğurulması için hedef yeterli kalınlıkta olmalıdır. Lineer hızlandırıcılarda X-ışınları demeti heterojen dağılıma sahiptir.
Lineer hızlandırıcılarda oluşturulan elektronlar cilde yakın tümörlerin tedavisinde kullanılır veya elektron demeti hedefe çarptırılarak oluşturulan yüksek enerjili X-ışınları derin yerleşimli tümörlerin tedavisinde kullanılır.
Işınlar linac’tan hastaya gönderilmeden önce oluşan X-ışınları düzleştirici filtrelerden(flattening fitler), elektronlar ise saçıcı foilden(scattering foil) geçerler. Elektronların bir hedefe çarptırılması sonucu oluşan yüksek enerjili X-ışınları daha çok merkezi eksene doğru saçılır. Düzleştirici filtre bu saçılmayı engeller.
Elektron tedavisinde ise oluşan elektronlar hasta üzerine ince bir demet halinde geleceği için,hasta üzerinde daha geniş bir homojen elektron dağılımı elde etmek amacıyla elektron demeti hastaya ulaşmadan önce saçıcı foilden geçer.
Daha fazla yazı okumak için:
https://lifeofmedical.com/blog
Yazan:
LIFE OF MEDICAL-ÇUKUROVA EKİBİ
Berna SAKALLI
Elif BÜYÜKARSLAN
Hanife Nur KÜÇÜKALA
Mehmet BENEK
