العلاج الإشعاعي هو علاج يستخدم جرعات عالية من الإشعاع لقتل الخلايا السرطانية وتقليص الأورام، وعند الجرعات المنخفضة يتم استخدام الإشعاع في الأشعة السينية لرؤية ما بداخل الجسم، كما هو الحال مع الأشعة السينية للأسنان أو العظام المكسورة.
مبدأ عمل العلاج الإشعاعي الالكتروني
بيتاترون
يعتمد تشغيل بيتاترون على مبدأ أن الإلكترون في مجال مغناطيسي متغير يختبر التسارع في مدار دائري. الأنبوب المتسارع على شكل عجينة مجوفة ويوضع بين أقطاب مغناطيس التيار المتردد، كما يتم إدخال نبضة من الإلكترونات في هذا الدونات المفرغة بواسطة حاقن في اللحظة التي تبدأ فيها دورة التيار المتردد. مع ارتفاع المجال المغناطيسي، تتعرض الإلكترونات للتسارع بشكل مستمر وتدور بسرعة متزايدة حول الأنبوب، بحلول نهاية دورة الربع الأول من المجال المغناطيسي المتناوب، قامت الإلكترونات بعدة آلاف من الثورات وحققت أقصى قدر من الطاقة.
في هذه اللحظة أو قبل ذلك، اعتمادًا على الطاقة المرغوبة يتم جعل الإلكترونات تخرج من المدار بقوة جذب إضافية، كما تضرب الإلكترونات عالية الطاقة هدفًا لإنتاج أشعة سينية أو رقاقة مبعثرة لإنتاج حزمة عريضة من الإلكترونات، وقد تم استخدام البيتاترونات لأول مرة في العلاج الإشعاعي في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي. لقد سبقت إدخال المسرعات الخطية ببضع سنوات.
على الرغم من أن البيتاترونات يمكن أن توفر أشعة سينية وحزم علاج إلكتروني على نطاق واسع من الطاقات، من أقل من 6 تومور أكثر من 40 ميغا إلكترون فولت، فهي بطبيعتها أجهزة ذات شعاع إلكترون منخفض. معدلات جرعة الأشعة السينية وقدرات حجم المجال للبيتاترونات الطبية منخفضة مقارنةً بالخطوط الطبية ووحدات الكوبالت الحديثة. ومع ذلك، في وضع العلاج الإلكتروني، يكون تيار الحزمة مناسبًا لتوفير معدل جرعة مرتفع.
سبب هذا الاختلاف بين معدلات جرعة الأشعة السينية والإلكترون هو أن إنتاج الأشعة السينية عبر أشعة الشمس وكذلك تسطيح الحزمة يتطلب تيارًا شعاعيًا إلكترونيًا أوليًا أكبر بكثير (حوالي 1000 مرة) من ذلك المطلوب لحزمة العلاج الإلكتروني، حيث إن توفر خطوط ليناك متوسطة الطاقة مع معدلات جرعة عالية من الأشعة السينية وأحجام مجال كبيرة وطاقات معالجة إلكترونية تصل إلى 20 ميغا إلكترون فولت قد أعطت الليناكس ميزة كبيرة في الشعبية على البيتاترونات.
علاوة على ذلك، فإن العديد من المعالجين الإشعاعيين يعتبرون قدرات المجال الصغير الحجم ومعدل الجرعة للبيتاترون مساوئ خطيرة للاستخدام العام للجهاز. وبالتالي، يبدو من غير المحتمل حدوث زيادة كبيرة في تركيبات البيتاترون في هذا البلد، بالتوازي مع الخطوط الطبية.
ميكروترون
المايكروترون عبارة عن مسرع إلكتروني يجمع بين مبادئ كل من المسرع الخطي و السيكلوترون. في الميكروترون، يتم تسريع الإلكترونات بواسطة المجال الكهربائي المتذبذب لواحد أو أكثر من تجاويف الميكروويف، كما يجبر المجال المغناطيسي الإلكترونات على التحرك في مدار دائري والعودة إلى التجويف. عندما تتلقى الإلكترونات طاقة أعلى عن طريق المرور المتكرر عبر التجويف، فإنها تصف مدارات ذات نصف قطر متزايد في المجال المغناطيسي.
يتم ضبط جهد التجويف والتردد والحقل المغناطيسي بحيث تصل الإلكترونات في كل مرة في المرحلة الصحيحة في التجويف. نظرًا لأن الإلكترونات تنتقل بسرعة ثابتة تقريبًا (تقريبًا سرعة الضوء)، يمكن الحفاظ على الحالة إذا زاد طول مسار المدارات بطول موجة ميكروويف واحد لكل ثورة.
كما أن مصدر طاقة الميكروويف هو إما كليسترون أو مغنطرون، كما يتم استخراج الإلكترونات من مدار بواسطة أنبوب انحراف ضيق من الفولاذ الذي يقوم بفحص تأثير المجال المغناطيسي، عندما يتم اختيار طاقة الحزمة، يتم نقل أنبوب الانحراف تلقائيًا إلى المدار المناسب لاستخراج الحزمة، كما تتمثل المزايا الرئيسية للميكروترون على المسرع الخطي للطاقة المماثلة في بساطته واختيار الطاقة السهل وانتشار طاقة الحزمة الصغيرة بالإضافة إلى الحجم الأصغر للآلة.
نظرًا لانتشار الطاقة المنخفض للإلكترونات المتسارعة وانبعاث الحزمة الصغيرة (نتاج قطر الحزمة والتباعد)، تم تبسيط نظام نقل الحزمة إلى حد كبير وقد شجعت هذه الخصائص على استخدام ميكروترون واحد لتزويد العديد من غرف العلاج بشعاع. على الرغم من أن طريقة تسريع الإلكترونات المستخدمة في الميكروترون قد تم اقتراحها في وقت مبكر من عام 1944، تم وصف أول ميكروترون للعلاج الإشعاعي (وحدة 10 MeV)، كما تم تطوير 22-MeV microtron (7) وتم تثبيته في جامعة أوميو بالسويد.
إن الميكروترون الدائري، عبارة عن هيكل ضخم لأنه يتطلب فجوة مغناطيسية كبيرة لاستيعاب التجويف المتسارع والحقل المغناطيسي ذو القطر الكبير لاستيعاب العدد الكبير من المدارات المتباعدة مع كسب طاقة محدود لكل مدار، كما تتم إزالة هذه القيود بواسطة (aracetrack microtron) والذي يستخدم بنية موجية قائمة (بدلاً من تجويف واحد) لتسريع الإلكترونات.
السيكلوترون
السيكلوترون عبارة عن مسرع جسيمات مشحون، يستخدم بشكل أساسي في أبحاث الفيزياء النووية. في العلاج الإشعاعي، تم استخدام هذه الآلات كمصدر للبروتونات عالية الطاقة للعلاج بحزمة البروتون. في الآونة الأخيرة، تم اعتماد السيكلوترونات لتوليد حزم نيوترونية.
يستخدم السيكلوترون في الطب هو كمسرع جزيئي لإنتاج بعض النويدات المشعة، كما تتكون الماكينة أساسًا من أسطوانة معدنية قصيرة مقسمة إلى قسمين يشار إليها عادةً باسم السيكلوترون. يتم تفريغ الاسطوانات بشكل كبير ووضعها بين أقطاب مغناطيس السيكلوترون، مما ينتج عنه مجال مغناطيسي ثابت.
كما يتم تطبيق إمكانية التحليل بين الاثنين، يتم حقن الجسيمات المشحونة إيجابياً مثل البروتونات أو الديوترونات في الحجرة الموجودة في مركز الاثنين. تحت تأثير المجال المغناطيسي، تتحرك الجسيمات في مدار دائري، كما يتم ضبط تردد الجهد المتناوب بحيث يتم تسريع انتقال الجسيم من إلى الآخر بواسطة المجال الكهربائي للقطبية الصحيحة. مع كل تمريرة بين السيكلوترون، يتلقى الجسيم زيادة في الطاقة ويزداد نصف قطر مداره.
