HHC MEDİKAL MÜHENDİSLİK

Lineer Akseleratör MEKANİK DE MONTAJ

Radyoterapide kullanılan cihazlardan birisi olan lineer hızlandırıcı makinelerinin x ışınlarını elde ederek çalışmaktadır. Hastanelerde kanser tedavilerinde kullanılan ve hasta olan kişiye X ışınları yollama amacıyla tercih edilen bir cihaz olarak hizmet vermektedir. Tıbbi görüntüleme cihazları arasında yer alan MR, CT, vb. vasıtasıyla alınan görüntülerden faydalanarak, çevresindeki sağlıklı dokuların zarar görmesini engelleyerek direkt olarak kanserli hücreler hedef alınarak yüksek aşamada radyoaktif ışın uygulaması yapan bir tedavi cihazı olarak hizmet sunmaktadır. Üst düzey noktasal hedef ve son derece hassasiyet ile tümöre radyasyon etkisine uğratacak şekilde geliştirilmiştir. Pek çok kanser tedavisinde gönül rahatlığı ile kullanılmaktadır. Lineer akseleratör x ışınları ile tedavi yapan etkili bir yöntemdir. Çoğu hastanede hastaların kanser tedavileri bu cihazlar ile yapılmaktadır. Lineer hızlandırıcı cihazının icadı 1928'de İsveçli fizikçi Wideröe tarafınca sürüldü. 1930'ların sonlarında çok kısa dalga boylu, yüksek frekanslı osilatörler geliştirildi ve lineer hızlandırıcılarda, elektronların hızlandırılması amacıyla kullanılmaya başlanıldı. Böylece farklı enerjilerde hem X ışınları hem de elektron demetleri yayan cihazların üretimi yapıldı. Bu cihazlar, mikrodalga frekanslarında sabit veya hareketli elektromanyetik dalgalar ile çalışır. Yürüyen dalgalar ile çalışmakta olan cihazlarda, hızlandırıcı tüpünün uç kısmında, gelen dalganın yansımasına engel olan bir soğurucu sistemi bulunmaktadır. Duran dalgalar ile çalışan cihazlardaysa, bazı sistemler hızlandırıcı tüpünün her iki ucunda maksimum yansıma sağlar, bu nedenle duran dalgalar, yansıyan dalgaların ve gelen dalgaların girişimi ile oluşur. İlk mikrodalga hızlandırıcı, 1948'de Birleşik Krallık'ta ve 1955'te Amerika Birleşik Devletleri'nde kurulan günümüzün tıbbi lineer hızlandırıcısının temelidir.

Lineer Hızlandırıcı Cihazının Hastalara Etkisi

Lineer hızlandırıcı yapısı gereği, bir tüp boyunca yüksek frekans içeren elektromanyetik dalgalar kullanılarak elektronlar gibi yük taşıyıcılarının hızlandırılması ile X ışınları ve yüksek enerjili elektronların kazanıldığı bir cihazdır. Lineer hızlandırıcılar iki farklı tasarıma sahiptir: hareketli dalga hızlandırıcıları ve duran dalga hızlandırıcıları. Hareketli dalga hızlandırıcı, yapının sonunda kalan mikrodalga enerjisini soğuran özelliğine sahiptir. Bu nedenle dalganın geri yansıması engellenir. Duran dalga hızlandırıcısında üst düzey geri dönüş dalgası garanti edilir. Duran dalgalar, iletilen ve yansıyan dalgaların girişimiyle oluşturulur. Duran dalga, hareketli dalga tasarımlarından daha verimlidir. Lineer akseleratör cihazı tasarımında hızlandırıcı tüpünün kaynağına bağlandığı noktada kalan mikrodalga enerjisini emen ve dalgaların yansımasını engelleyen sirkülatör (ya da izolatör) kullanılmaktadır. Lineer hızlandırıcılar x ışını tüpleri prensibine göre çalışır, ancak sıradan x ışını tüplerinde elektronlar 400 kV'dan fazla hızlandırılamaz. Anot ve katot arasındaki mesafe lineer hızlandırıcıdakinden daha uzundur. Megavoltaj x ışınları, katottan çıkan elektronların, megavoltaj ile mikrodalga arasındaki potansiyel farkı sayesinde hızlarını ışık hızına yaklaştırarak anoda çarpmasından elde edilmektedir. Linac, hızlandırıcı tüpte yüksek voltaj altında elektronları metal hedeflerden ayırmak için hızlandırır ve x ışınlarını odaklar, hedef "Gantry" (alet kafasının alanı) targete çarpması sonucunda x ışınları oluşur ve hastaya belirli kolimatörler aracılığıyla hastaya yöneltir, vücuttaki reaksiyonları saniyeler içinde tetikler. Bu reaksiyonlar sonucunda oluşan moleküller, kanser hücrelerinin genetik kodu olan DNA'nın kırılmasına neden olur. Sonuç olarak, lineer hızlandırıcı bileşenleri sayesinde genetik kodu hasar görmüş tümör hücreleri bölünemez ve ölmeye başlar. Bu sayede neşter gerektirmeyen bir ameliyat gerçekleşir. Kanama, travma, ağrı vb. hastalarda olması beklenmemektedir.

Lineer Hızlandırıcı Cihazının Çalışma Prensibi

Lineer hızlandırıcı cihazı çalışma prensibi baz alınacak olursa; güç kaynağı, merkezinde bir katot ve etrafında bir anot silindirik bir yapıya sahip, impuls olan şebeke ağı ve hidrojen thyratron lambası olan bir modülatöre doğru akım sağlar. Akım modülatör içerisinde birikir ve bir kontrol sistemi bu akım ile periyodik olarak titreşir (mikrodalgalar). Modülatörün yüksek voltaj darbeleri, elektron tabancasının yanı sıra magnetron veya klystron tüpüne iletilmektedir. Magnetron, elektromanyetik dalgaların üretilmesine yarayan bir cihazdır ve klystron elektromanyetik dalgaları yükselten bir cihazdır. 15 MeV üzerindeki elektronlar için bir klystron kullanılmaktadır. Hızlandırıcı silindirik bir tüpten oluşan yaklaşık 10 santim boyutundadır. 0.25 dalga boyu aralığında bir metal disk veya numuneden oluşan bir dizi bakır boşluktan oluşur. Bu tüpe üst düzey derecede vakum uygulanmaktadır. Lineer hızlandırıcı nasıl çalışır denilecek olursa da elektron tabancasından gelen elektronlar, hızlandırıcının bakır tüpüne 50 keV enerjiyle gönderilmektedir. Magnetron veya klystrondan hızlandırıcı tüpe elektromanyetik dalga gelmektedir. Böylelikle, hemen hemen 10 cm çapındaki boşluklarda 3000 MHz frekansında titreşimlerin üretimi sağlanır. Haznede oluşan yüksek frekans içerikli elektromanyetik dalgalar haznenin ortasında oluşan kanala iletilmektedir. Bu süre boyunca, elektron tabancası aracılığı ile gelen elektronlar, 50 keV hızlandırıcının bakır borusuna girerek elektromanyetik dalgayla örtüşür ve bu kanal süresince odadan odaya doğrusal olarak hızlanır. Elektrot içerisine giren bir parçacık, AC geriliminin yarım periyodu boyunca alandan arındırılmış bölgede sürüklenmektedir. Bu şekilde, partikülün tahrik tüpünden geçtiği süre boyunca voltaj yanlılığı tersine döner ve ardından partikül bir sonraki boşluktan geçtiği esnada hızlanır. Elektronların son boşluktan çıkarken hızı, her boşlukta aldıkları hızların toplamına eşittir. Bu sürece lineer hızlandırma denmektedir.

Lineer Hızlandırıcı Cihazının Özellikleri

Lineer hızlandırıcı parçaları arasında yer alan odalara gönderilen tüm titreşimler aynı frekans ayarında olmasına yaramak, frekans düzenleyici ve lineer hızlandırıcının tüpünde bulunabilecek iyonları korumak için bir vakum pompası kullanılmaktadır. Manyetik odak, elektronları toplamak ve bu durumda hedefe iletmek amacıyla kullanılmaktadır. Yüksek enerjiye sahip olan elektronlar, hızlandırıcının çıkış penceresinden 3 mm çapında bir pencil beam olarak çıkar ve en yüksek enerjiyi yakalar. Enerjileri hemen hemen 5 MV/metredir. Daha yüksek enerjiye sahip olan bir ışını elde etmek içinse bu ışın, tüp ile hedef arasında olan yönlendirici mıknatıs tarafından 900 veya 2700 oranında saptırılır. Oradan hedefe ya da yapı dışarısına taşınır. Frenleme x ışınları, elektronların tungsten gibi yüksek atom numaralı bir metalden yapılmış bir hedefe ışınlanmasıyla elde edilmektedir. Yayılma yönleri, gelen elektronun enerjisi ile alakalıdır. Gelen elektrona ait olan kinetik enerji 100 keV'den küçükse, x ışını yayılımı her yöne eşit şekildedir. Elektronun enerjisinin artması, ileri yönde X ışını emisyonu artırır. MV x ışını tüplerinde kullanılan yüksek atom numaraya sahip geçirgen tipteki hedefin bir tarafına elektronlar ulaştığında, diğer tarafında x ışınları oluşmaktadır. Hedef, gelen elektronun emilebilmesi için yeterince kalın olması gerekmektedir. Lineer hızlandırıcıdaki x ışını demetleri heterojen bir dağılımdadır. Deriye yakında olan tümörlerin tedavisi için kullanılan lineer hızlandırıcılarda elektronlar üretilir veya derin yerleşimi olan tümörlerin tedavisi için bir hedefe elektron ışını ile vurularak üretilen yüksek enerjili x ışınları kullanılmaktadır. Işınların hastaya iletilmesi öncesinde meydana gelen x ışınları düzleştirici filtreden, elektronlarsa saçıcı foil işlemlerinden geçmektedir. Elektronlar herhangi bir hedefe çarpmasıyla meydana gelen üst düzey enerjiye sahip olan x ışınları genel olarak merkezi eksen üzerine doğru saçılmaktadır. Elektron tedavisindeyse meydana gelen elektronlar hastaya ince bir demet şeklinde ulaşacağından, elektron demeti hastaya iletilmesi öncesinde saçıcı foilden geçerek hastalar için daha boyutlu homojen bir elektron dağılımı elde eder. Lineer hızlandırıcı özellikleri kısaca bunlardan ibaretken lineer akseleratör mekanik de montaj parçaları HHC Grup Şirketi üzerinden kolay bir şekilde temin edilebilmektedir