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O Acelerador Linear
O acelerador linear (LINAC) é uma máquina que utiliza ondas eletromagnéticas de alta frequência para acelerar partículas carregadas, como elétrons e íons, em altas energias, através de um tubo linear. O feixe de elétrons resultante pode ser usado por si só no tratamento de tumores superficiais, ou pode ser usado para atingir um alvo, produzindo raios-x que tratam os tumores localizados mais profundamente.
Figura 1. Desenho esquemático dos componentes de um acelerador linear. Fonte: Saeed, S.B. Dynamic Log Files Analysis For Different Dose Rate IMRT Using DVH and Gamma Index .2015. DOI:10.13140/RG.2.1.2254.5045.
O LINAC possui alguns componentes principais. Primeiramente, a fonte de alimentação fornece energia através de uma corrente contínua ao modulador. Esse modulador produz pulsos de alta tensão e os fornece ao canhão de elétrons (elétron gun) e ao circuito gerador de alta frequência (magnetron ou klystron). O canhão de elétrons é o local onde são produzidos os elétrons que serão injetados no tubo acelerador.
Figura 2. Diagrama de um acelerador linear. Fonte: Khan FM and Gibbons JP. The Physics of Radiation Therapy. Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins; 2014.
Quanto ao circuito gerador de alta frequência, a máquina pode ter ou magnetron ou klystron. A magnetron gera microondas cuja radiofrequência acelera os elétrons no tubo acelerador. Já a klystron, é uma válvula amplificadora da potência de microondas. Ela precisa de um gerador de microondas.
As microondas produzidas são injetadas no tubo acelerador através da guia de ondas. A sincronia dos elétrons com as microondas ocorre no tubo acelerador, e os elétrons são acelerados por elas. Nesse tubo, também cria-se vácuo para assegurar que o feixe de elétrons não será impedido por outras partículas. Quando eles atingem um alvo feito de tugstênio na extremidade oposta, o circuito gerador de alta frequência, que controla a frequência das ondas, determina a energia produzida pelos raios-x. O número de elétrons ejetados é controlado pela temperatura do filamento de tungstênio do canhão de elétrons, que são produzidos através do efeito termoiônico. Todo o sistema é resfriado com água.
Quando a energia dos elétrons é convertida em fótons de alta energia ao colidirem com o alvo de tungstênio, eles saem em direções diversas. O colimador primário permite que os raios-x mais ao centro do passem e cria um feixe em formato de cone. Ele também minimiza a dose total recebida pelo paciente, pois absorve os raios-x espalhados em direções laterais e define o tamanho máximo de campo.
Os fótons não saem em um feixe uniforme após deixar o colimador primário. Então, um filtro achatador é colocado no seu caminho, criando um feixe uniforme. Logo após, passam por duas câmaras de ionização para a monitoração da qualidade do feixe e medida da dose.
Quanto à modulação do feixe no formato do tumor, outro conjunto de colimadores filtra grande parte do feixe primário. São os colimadores secundários (jaws). Além dos colimadores multi-lâminas (multileaf colimator - MLC), composto por múltiplas folhas de tungstênio que se movem independentes uma da outra para criar diversos formatos. O MLC é importante para técnicas de tratamento mais modernas, como o IMRT e VMAT, e a velocidade das lâminas e suas correspondentes posições são ajustadas no planejamento do plano.
Outros colimadores também podem ser acoplados à máquina, como os cones de elétrons, usados para modelar esse tipo de feixe.
A mesa de tratamento é o local onde o paciente é posicionado para receber o tratamento, e normalmente tem a habilidade de se mover de cima pra baixo, da esquerda para direita, de dentro para fora.
Figura 3. Diagrama esquemático do acelerador linear com seus ângulos de rotação para o gantry, colimadores e mesa de tratamento. Fonte: Ghareeb, Firass. Peculiar out-of-field dose distribution in external beam radiation therapy due to MLC design. 2020/09/10.
O primeiro sitio de referência do feixe de radiação é chamado de isocentro, que basicamente é a interseção dos eixos de rotação do gantry, do colimador e da mesa de tratamento.
Figura 4. Localização do isocentro no acelerador linear. Fonte: ALPF Medical Research. Disponível em https://www.alpfmedical.info/reson-imaging/conformal-radiation-therapy.html. Acessado em 01 de outubro de 2022.
Para uma melhor visualização do processo, seguem dois vídeos que demonstram como aceleradores lineares funcionam:
- How a Linear Accelerator Works - HD - YouTube