مولدات الإشعاع الطبية

حتى عام 1950 تقريبًا، تم إجراء معظم العلاج الإشعاعي الخارجي باستخدام الأشعة السينية المتولدة عند الفولتية التي تصل إلى 300 كيلوفولت وأدى التطور اللاحق للآلات عالية الطاقة وزيادة شعبية وحدات الكوبالت (-60) في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي إلى حدوث الزوال التدريجي لآلات الفولتية التقليدية. ومع ذلك، فإن هذه الآلات لم تختف تمامًا. حتى في العصر الحالي للحزم ذات الجهد العالي، لا يزال هناك بعض الاستخدام لأشعة الطاقة المنخفضة، خاصة في علاج الآفات الجلدية السطحية.

أنواع علاجات الإشعاع الطبية

• علاج أشعة غريينز: يستخدم مصطلح العلاج بأشعة غرينز لوصف العلاج بأشعة سينية شديدة النعومة (منخفضة الطاقة) تنتج عند إمكانات أقل من 20 كيلوفولت، بسبب عمق الاختراق المنخفض جدًا، لم تعد تُستخدم هذه الإشعاعات في العلاج الإشعاعي.

• العلاج بالتماس: يعمل العلاج بالتماس أو آلة التجويف الداخلي بجهد 40 إلى 50 كيلو فولت ويسهل تشعيع الآفات التي يمكن الوصول إليها من مصدر قصير جدًا (نقطة بؤرية) إلى مسافات سطحية، كما تعمل الآلة بشكل نموذجي بتيار أنبوب يبلغ 2 مللي أمبير، كما يمكن أن توفر أدوات التطبيق المتوفرة مع هذه الأجهزة محرك أقراص صلبة يبلغ 2.0 سم أو أقل. عادة ما يتم تداخل مرشح من 0.5 إلى 1.0 مم من الألمنيوم في الحزمة لامتصاص المكون الناعم جدًا من طيف الطاقة.

ونظرًا لوجود محرك أقراص صلبة قصير جدًا والجهد المنخفض، فإن حزمة العلاج بالتماس تنتج جرعة عميقة متناقصة بسرعة كبيرة في الأنسجة. لهذا السبب، إذا سقطت الحزمة على مريض، فإن سطح الجلد يتم تعريضه للإشعاع إلى أقصى حد، لكن الأنسجة الكامنة تبقى بدرجة متزايدة مع العمق.

• العلاج فوق السطحي: ينطبق مصطلح العلاج السطحي على العلاج بالأشعة السينية المنتجة بجهد يتراوح من 50 إلى 150 كيلو فولت، كما تتم إضافة سماكات مختلفة للترشيح (عادة من 1 إلى 6 مم من الألومنيوم) لتصلب الحزمة إلى الدرجة المطلوبة، يمكن التعبير عن درجة التصلب أو جودة الحزمة على أنها طبقة نصف القيمة.

كما يتم تعريف طبقة نصف القيمة على أنه سماكة مادة معينة والتي عند إدخالها في مسار الحزمة، تقلل من معدل التعرض بمقدار النصف. طبقة نصف القيمة النموذجية المستخدمة في النطاق السطحي هي 1.0- إلى 8.0 مم. عادة ما يتم إعطاء هذه العلاجات السطحية بمساعدة التطبيقات أو الأقماع الملحقة بحجاب الجهاز، كما يتراوح حجم محرك القرص الصلب عادة بين 15 و 20 سم.

• علاج التقويم أو العلاج العميق: يستخدم مصطلح العلاج بالجهد العمودي أو العلاج العميق، لوصف العلاج بالأشعة السينية المنتجة عند إمكانات تتراوح من 150 إلى 500 كيلو فولت، كما يتم تشغيل معظم معدات الجهد العمودي من 200 إلى 300 كيلو فولت و 10 إلى 20 مللي أمبير.

تم تصميم فلاتر مختلفة لتحقيق مستويات الطبقات بين 1 و 4 مم نحاس. على الرغم من أنه يمكن استخدام المخاريط لتجميع الحزمة إلى الحجم المطلوب، إلا أن الحاجز المتحرك الذي يتكون من ألواح الرصاص، يسمح بحجم حقل قابل للتعديل باستمرار. على الرغم من تقديم جرعة الجلد وتوزيع الجرعات العميقة هنا كمثالين للقيود التي تفرضها الحزم منخفضة الطاقة، إلا أن هناك خصائص أخرى مثل زيادة الجرعة الممتصة في العظام وزيادة التشتت الذي يجعل حزم الجهد العريض غير مناسبة لعلاج الأورام خلف العظام.

• العلاج بالإسراف: تم تحديد العلاج بالأشعة السينية في نطاق 500 إلى 1000 كيلو فولت كعلاج عالي الجهد أو علاج الجهد الزائد. في السعي للحصول على حزم أشعة سينية عالية الطاقة، تم إحراز تقدم كبير في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي نحو تطوير آلات ذات جهد أعلى. كانت المشكلة الرئيسية في ذلك الوقت هي عزل محول الجهد العالي.

سرعان ما أصبح واضحًا أن أنظمة المحولات التقليدية لم تكن مناسبة لإنتاج إمكانات أعلى بكثير من 300 كيلو فولت في الثانية. ومع ذلك، مع التقدم السريع في التكنولوجيا في ذلك الوقت، تم العثور على مناهج جديدة لتصميم الآلات عالية الطاقة. أحد هذه الآلات هو محول الرنين، حيث يتم تصعيد الجهد بطريقة فعالة للغاية.

وحدات محول الرنين

تم استخدام وحدات المحولات الرنانة لتوليد الأشعة السينية من 300 إلى 2000 كيلو فولت. في هذا الجهاز، يتم توصيل ثانوي محول الجهد العالي (بدون قلب الحديد) بالتوازي مع المكثفات الموزعة بالطول داخل أنبوب الأشعة السينية، كما يظهر الجمع بين المحولات الثانوية والسعة بالتوازي ظاهرة الرنين. عند تردد الطنين، تبلغ القدرة المتذبذبة سعة عالية جدًا. وبالتالي، فإن ذروة الجهد عبر أنبوب الأشعة السينية تصبح كبيرة جدًا عندما يتم ضبط المحول على صدى عند تردد الإدخال.

نظرًا لأن الإلكترونات تصل إلى طاقات عالية قبل ضرب الهدف، يمكن استخدام هدف من نوع الإرسال للحصول على حزمة الأشعة السينية على الجانب الآخر من الهدف، كما يتم توفير العزل الكهربائي بواسطة غاز الفريون المضغوط.

يمكن تصنيف حزم الأشعة السينية التي تبلغ طاقتها 1 ميغا فولت أو أكثر على أنها حزم ذات جهد كبير. على الرغم من أن المصطلح ينطبق بشكل صارم على حزم الأشعة السينية، إلا أن حزم أشعة التي تنتجها النويدات المشعة يتم تضمينها أيضًا بشكل شائع في هذه الفئة إذا كانت طاقتها 1 إلكترون فولت أو أكثر ومن الأمثلة على آلات الجهد العالي السريرية المسرعات مثل مولد Van de Graaff والمسرع الخطي و betatron و microtron ووحدات أشعة المعالجة عن بعد مثل الكوبالت -60.

مولد فان دي جراف

آلة (Van de Graaff) عبارة عن معجل إلكتروستاتيكي مصمم لتسريع الجسيمات المشحونة. في العلاج الإشعاعي، تقوم الوحدة بتسريع الإلكترونات لإنتاج أشعة سينية عالية الطاقة، عادةً عند 2 ميجا فولت. في هذه الآلة، يتم تطبيق جهد شحن من 20 إلى 40 كيلو فولت عبر حزام متحرك من مادة عازلة، كما يحدث تفريغ هالة ويتم رش الإلكترونات على الحزام، تحمل هذه الإلكترونات إلى القمة حيث يتم إزالتها بواسطة مجمع متصل بقبة كروية.

عندما تتجمع الشحنات السالبة على الكرة، يتم تطوير إمكانات عالية بين الكرة والأرض، كما يتم تطبيق هذا الجهد عبر أنبوب الأشعة السينية المكون من خيوط وسلسلة من الحلقات المعدنية وهدف. الحلقات متصلة بمقاومات لتوفير انخفاض موحد للجهد من الأسفل إلى الأعلى، يتم إنتاج الأشعة السينية عندما تضرب الإلكترونات الهدف وتستطيع آلات Van de Graaff الوصول إلى الفولتية حتى 25 ميلي فولت، مقيدة فقط بالحجم وتتطلب عزلًا عالي الجهد، عادة يتم توفير العزل بواسطة خليط من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون أو سادس فلوريد الكبريت.

يُحاط المولد بخزان فولاذي ويُملأ بخليط الغاز عند ضغط حوالي 20 ضغط جوي ولم تعد وحدات فان دي جراف ومحول الرنين، سبب زوالها هو ظهور آلات أفضل تقنيًا مثل وحدات الكوبالت 60 والمسرعات الخطية.