هناك عدة أنواع من تصميمات المعجل الخطي، لكن النظرات المستخدمة في العلاج الإشعاعي تسرع الإلكترونات إما عن طريق السفر أو الموجات الكهرومغناطيسية الثابتة للتردد في منطقة الميكروويف (حوالي 3000 دورة ميجا / ثانية).
آلات الجهد العالي السريرية والمسرعات
المسرع الخطي
المسرع الخطي (ليناك) هو جهاز يستخدم الموجات الكهرومغناطيسية عالية التردد لتسريع الجسيمات المشحونة مثل الإلكترونات إلى طاقات عالية من خلال أنبوب خطي، كما يمكن استخدام شعاع الإلكترون نفسه لعلاج الأورام السطحية أو يمكن صنعه لضرب هدف لإنتاج أشعة سينية لعلاج الأورام العميقة.
الفرق بين الموجة المتنقلة والمسرعات الموجية الثابتة هو تصميم هيكل المسرع. وظيفيًا، تتطلب هياكل الموجة المتنقلة حملًا نهائيًا أو وهميًا لامتصاص الطاقة المتبقية في نهاية الهيكل وبالتالي منع الموجة المنعكسة للخلف. من ناحية أخرى، توفر هياكل الموجة الواقفة أقصى انعكاس للموجات على طرفي الهيكل بحيث يؤدي الجمع بين موجات السفر إلى الأمام والعكس إلى موجات ثابتة. في تصميم الموجة الدائمة، تقترن طاقة الميكروويف في الهيكل عبر فجوات اقتران جانبية بدلاً من فتحة الحزمة.
يميل مثل هذا التصميم إلى أن يكون أكثر كفاءة من تصميمات الموجات المتنقلة حيث يمكن تحسين التجاويف المحورية وتجاويف نقل الحزمة والفجوات الجانبية بشكل مستقل. ومع ذلك، فهو أكثر تكلفة ويتطلب تركيب دائري (أو عازل) بين مصدر الطاقة والهيكل لمنع الانعكاسات من الوصول إلى مصدر الطاقة، كما يوفر مصدر الطاقة طاقة تيار مباشر إلى المغير والذي يتضمن شبكة تشكيل النبض وأنبوب تبديل يعرف باسم ثيراترون الهيدروجين.
نبضات الجهد العالي من قسم المغير عبارة عن نبضات تيار مستمر ذات قمة مسطحة لبضعة ميكروثانية في المدة، يتم تسليم هذه النبضات إلى المغنطرون وفي نفس الوقت إلى بندقية الإلكترون.
يتم حقن الموجات الدقيقة النبضية المنتجة في المغنطرون أو الكليسترون في أنبوب أو هيكل المسرع عبر نظام الدليل الموجي. في الإلكترونات الفورية المناسبة، التي يتم إنتاجها بواسطة مسدس إلكتروني، تُحقن أيضًا نبضة في بنية التسريع. مدة النبض في كل حالة هي نفسها (حوالي 5 مللي ثانية)، كما يكون النبض أطول (حوالي 5 مللي ثانية).
المغنترون
المغنترون هو جهاز ينتج أفران ميكروويف، إنه يعمل كمذبذب عالي الطاقة، يولد نبضات ميكروويف مدتها عدة ميكروثانية وبمعدل تكرار يبلغ عدة مئات من النبضات في الثانية، كما يبلغ تردد الموجات الدقيقة داخل كل نبضة حوالي 3000 ميجاهرتز، يحتوي المغنترون على هيكل أسطواني به كاثود مركزي وأنود خارجي مع تجاويف رنانة مصنوعة من قطعة صلبة من النحاس.
كما يتم إخلاء المسافة بين الكاثود والأنود ويتم تسخين الكاثود بواسطة خيوط داخلية وتتولد الإلكترونات عن طريق انبعاث حراري، يتم تطبيق مجال مغناطيسي ثابت بشكل عمودي على مستوى المقطع العرضي للتجاويف ويتم تطبيق مجال كهربائي نابض بالتيار المستمر بين الكاثود والأنود.
يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود باتجاه القطب الموجب بفعل المجال الكهربائي النبضي للتيار المستمر، تحت التأثير المتزامن للمجال المغناطيسي، تتحرك الإلكترونات في حلزونات معقدة باتجاه تجاويف الرنين، مشعةً الطاقة على شكل موجات ميكروية، يتم توجيه نبضات الميكروويف المتولدة إلى هيكل المعجل عبر الدليل الموجي. عادةً ما تعمل المغنطرونات عند ذروة خرج قدرة 2 ميجاوات لتوليد طاقة منخفضة الطاقة (6 MV أو أقل).
من المسرعات المستخدمة أيضاً
- شعاع ليناك للأشعة السينية: تنتج الأشعة السينية (Bremsstrahlung) عندما تسقط الإلكترونات على هدف من مادة عالية مثل التنجستن. الهدف هو الماء المبرد وهو سميك بدرجة كافية لامتصاص الإلكترونات الساقطة، نتيجة لتفاعلات نوع bremsstrahlung، يتم تحويل طاقة الإلكترون إلى طيف من طاقات الأشعة السينية مع طاقة قصوى تساوي طاقة الإلكترون الساقط. يبلغ متوسط طاقة الفوتون للحزمة حوالي ثلث الطاقة القصوى.
- شعاع الإلكترونيات: إن شعاع الإلكترون عند خروجه من نافذة أنبوب التسريع يكون عبارة عن قلم رصاص ضيق يبلغ قطره حوالي 3 مم. في وضع الإلكترون لعملية ليناك، يتم تصنيع هذه الحزمة بدلاً من ضرب الهدف، لضرب رقائق تشتت الإلكترونات لنشر الحزمة وكذلك الحصول على تدفق إلكتروني موحد عبر مجال المعالجة، كما تتكون رقائق التشتت من رقائق معدنية رفيعة عالية Z (مثل الرصاص والتنتالوم)، إن سماكة الرقاقة تجعل معظم الإلكترونات مبعثرة بدلاً من معاناة bremsstrahlung.
مواءمة الشعاع ومراقبته
يتم موازاة حزمة العلاج أولاً بواسطة ميزاء أولي ثابت يقع مباشرة بعد هدف الأشعة السينية. في حالة الأشعة السينية، تمر الحزمة الموازية من خلال مرشح التسطيح. في وضع الإلكترون، يُحرَّك المرشح بعيدًا عن الطريق، حيث تسقط حزمة الأشعة السينية المسطحة أو شعاع الإلكترون على غرف مراقبة الجرعة، كما يتكون نظام المراقبة من عدة غرف أيونية أو غرفة واحدة بألواح متعددة.
على الرغم من أن الغرف عادة ما تكون من نوع ناقل الحركة أي الغرف المسطحة المتوازية لتغطية الحزمة بأكملها، فقد تم أيضًا استخدام غرف الكشتبان الأسطوانية في بعض الخطوط وتتمثل وظيفة غرفة الأيونات في مراقبة معدل الجرعة والجرعة المتكاملة وتناظر المجال. نظرًا لأن الغرف في مجال إشعاع عالي الكثافة والشعاع ينبض، فمن المهم التأكد من أن كفاءة جمع الأيونات في الغرف تظل دون تغيير مع التغيرات في معدل الجرعة، كما يتم تطبيق جهد الانحياز في النطاق من 300 إلى 1000 فولت عبر أقطاب الغرفة، اعتمادًا على تصميم الغرفة.
على عكس غرف معايرة الحزمة، عادة ما تكون غرف المراقبة في رأس المعالجة محكمة الغلق بحيث لا تتأثر استجابتها بدرجة حرارة وضغط الهواء الخارجي. ومع ذلك، لا تكون غرف المراقبة مغلقة ولكن بها نظام أوتوماتيكي للضغط وتعويض درجة الحرارة.
في كلتا الحالتين، يجب فحص هذه الغرف بشكل دوري للتأكد من أن استجابتها مستقلة عن درجة الحرارة والضغط البيئي، بعد المرور عبر الغرف الأيونية، يتم موازاة الحزمة بواسطة موازاة أشعة سينية متحركة باستمرار، كما يتكون هذا الميزاء من زوجين من كتل الرصاص أو التنجستن (فكوك) التي توفر فتحة مستطيلة من 0 × 0 إلى أقصى حجم للحقل (40 × 40 سم 2 أو أقل قليلاً) المسقطة على مسافة قياسية مثل 100 سم من x- مصدر الشعاع.
يتم تقييد كتل الموازاة للتحرك بحيث تكون حافة الكتلة دائمًا على طول خط شعاعي يمر عبر موقع مصدر الأشعة السينية. بالإضافة إلى فكوك الأشعة السينية، تم تجهيز المسرعات الحديثة بموازنات متعددة الأوراق لتوفير حجب المجال بشكل غير منتظم و تعديل الشدة للعلاج الإشعاعي المعدل الشدة.
كما يتم توفير تعريف حجم الحقل من خلال نظام تحديد موقع ضوئي في رأس المعالجة، مزيج من المرآة ومصدر الضوء الموجود في الفراغ بين الحجرات والفكين يبعث شعاعًا ضوئيًا كما لو كان ينبعث من بقعة بؤرية للأشعة السينية وهكذا يتطابق المجال المضيء مع مجال الإشعاع. الفحوصات المتكررة مطلوبة لضمان هذا المطلب المهم لمحاذاة المجال.
