Un sistema de aceleración para partículas nucleares cargadas con un número de masa igual o mayor de 1 para aplicaciones médicas y/u otras aplicaciones,

el cual sistema comprende por lo menos un acelerador lineal de radiofrecuencia (RF) (6, 8, 10, 13), y una estructura mecánica semejante a un pórtico (T) dispuesto para girar alrededor de un eje, empleado para irradiar el objetivo/paciente desde más de una dirección con un haz de iones pulsados, caracterizado por el hecho de que por lo menos un acelerador lineal de radiofrecuencia (RF) (6, 8, 10, 13), es decir, un acelerador lineal o una sección del acelerador lineal, está montado(a) sobre dicha estructura mecánica similar a un pórtico (T)

Sistema de aceleración iónica para aplicaciones médicas y/o otras aplicaciones.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un complejo o sistema de aceleradores de partículas, el cual incluye uno o más aceleradores lineales (linacs) de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Ya es sabido que la terapia con hadrones es la moderna teleterapia contra el cáncer que emplea haces, bien sea de protones, bien sea de partículas nucleares cargadas más pesadas, con un número de masa mayor de 1.

También es ya conocido que en la terapia con protones, la cual es una técnica de terapia con hadrones particular, basada en el empleo de haces de protones, se emplean haces terapéuticos de corriente relativamente baja (del orden de algunos nanoamperios), con energías en el margen de 60 a 250 MeV.

También es ya conocido que, en el caso de diferentes especies de iones, se requieren haces terapéuticos con bajas corrientes y altas energías comparadas con las requeridas para los protones. Por ejemplo en el caso de los iones de carbono ¹²C⁶⁺, las energías requeridas están entre 1.500 y 5.000 MeV (es decir 120 y 450 MeV/u), mientras que para las corrientes es suficiente una fracción de nanoamperio.

En este campo de la teleterapia se emplean diferentes tipos de aceleradores: los ciclotrones (isócronos o sincrociclotrones; convencionales o superconductores) o sincrotronos. Recientemente han sido también empleados los aceleradores Fixed Field Alternating Gradient (FFAG) ("Gradiente alternante de campo constante").

Los aceleradores lineales (linacs) han sido propuestos por el solicitante para las dos terapias, la terapia con protones y la terapia con iones ligeros. 1) patente U.S. nº 6.888.326 B2 "Linac for Ion Beam Acceleration", ("Aceleradores lineales para la aceleración de un haz de iones"), U. Amaldi, M. Crescenti, R. Zennaro. 2) solicitud de patente US serie nº 11/232.929 "Ion Accelerator System for Hadrontherapy" ("Sistema acelerador de iones para la terapia con hadrones"), inventores: U. Amaldi, M. Crescenti, R. Zennaro, registrada el 23.09.2005. 3) "Proton Accelerator Complex for radio-isotopes and Therapy" ("Complejo acelerador de protones para radioisótopos y terapia"), U. Amaldi, registrada el 24. 05. 2006.

Varias compañías ofrecen centros llaves en mano para la terapia con protones y/o con iones carbono. Típicamente, un centro para más de 400-500 pacientes-año, está situado en un gran edificio de múltiples plantas, construido especialmente para albergar los aparatos de alta tecnología, oficinas y servicios para el personal y la recepción de pacientes para una superficie total de muchos miles de metros cuadrados. Cuenta con un acelerador de hadrones (ciclotrón, sincrociclotrón, sincrotrón, acelerador lineal o una combinación de éstos) y un sistema de canales transportadores de haces magnéticos, para irradiar tumores sólidos con 2-4 gantries, que giran alrededor del paciente, uno o más haces terapéuticos horizontales. Un centro completo multihabitacional con sus estructuras requiere una invención del orden de 60-130 millones de euros, correspondiendo la cifra mayor a una instalación multihabitacional "dual" de iones carbono y protones.

La terapia con hadrones tiene una gran potencialidad de desarrollos posteriores como ha sido indicado por los estudios epidemiológicos realizados en Austria, Francia, Italia y Alemania, que han sido publicados por ejemplo en "Carbon ion therapy, Proceedings of the HPCBM y ENLIGHT meetings held in Baden" ("Terapia con iones de carbono, actas de las reuniones de HPCBM y ENLIGHT celebradas en Baden"), (Sept. 2002) y en Lyon (Oct. 2003) [Radiotherapy and Oncology] ("Radioterapia y Oncología"), 73/2 (2004) 1-217]. Sin embargo esta potencialidad está inhibida por la necesidad de inversiones muy grandes de capital para construir las instalaciones multihabitacionales. Las potencialidades pueden resumirse recordando que los estudios citados llegan a la conclusión de que en un término a medio plazo, alrededor del 12% (3%) de los pacientes tratados hoy con la radioterapia "convencional" (es decir con fotones de alta energía) habrían sido mejor curados y/o tendrían menos efectos secundarios que si hubieran sido irradiados con haces de protones (iones carbono).

Solamente el 1-2% del 12% de indicaciones tumorales para la terapia con protones, son aceptados por la mayoría de oncólogos de radiación. El 10% restante de los pacientes no se considera hoy en día que posean indicaciones electivas para la terapia con protones, por muchos especialistas. Esto, a pesar del hecho de que ciertamente aprovecharían esta modalidad de irradiación, dado que los tumores están próximos a órganos críticos y está probado que un 10% de aumento de la dosis - para la misma irradiación de órganos críticos - implica un 15-20% de aumento de la Tumour Control Probability (TCP) ("Probabilidad de Control Tumoral"). Sin embargo, es seguro que con la acumulación de ensayos clínicos, la primera fracción de los pacientes aumentará y la segunda disminuirá.

Para la terapia con iones, la cual es un tipo de radiación cualitativamente diferente (debido a que en cada núcleo celular atravesado por un ión de carbono éste deja 20 veces más energía que un protón con el mismo rango), se necesitan más estudios clínicos. De hecho es necesario confirmar que en los tumores "radiorresistentes", los iones son más efectivos que los fotones y protones, y que es clínicamente seguro reducir el número de sesiones de tratamiento ("ipo-fraccionamiento"). Desde otros puntos de vista, este método es ciertamente ventajoso dado que implica una reducción de los costes y de la carga psicológica del paciente.

Partiendo de estos datos, y teniendo en cuenta que en una población de 10 millones y en un año, aproximadamente 20.000 pacientes son irradiados con fotones, el número de habitaciones necesarias para el tratamiento con la terapia de hadrones dentro de cinco/diez años, está indicada en la tabla. Se han formalizado dos hipótesis simplificativas sobre la base de la experiencia clínica. (1) el número de sesiones por paciente aumenta 1:2:3 para los iones, protones y fotones, respectivamente, y (2) una sesión con fotones (hadrones) dura unos 15 minutos (20 minutos).

El número de habitaciones estimadas se dedujo de la "regla de oro" 1:8:8², fácil de recordar.

Dado que un centro típico de terapia con hadrones tiene 3-4 habitaciones, las cifras de la tabla indican que sería necesario un centro con protones (iones carbono) para aproximadamente cada 5 (40) millones de personas. Si el centro de carbono es "dual" y los pacientes se tratan también con protones, el número de habitantes que pueden ser servidos disminuye de 40 a aproximadamente 30 millones.

Los argumentos indican que el desarrollo de una terapia con hadrones requiere un cambio con respecto a la actualmente denominada "paradigma", la cual contempla un edificio de múltiples plantas que sirve a 5 millones de personas (o muchas más en el caso del ión carbono), debido a que cuenta con un acelerador y 3-4 pórticos. A largo plazo, un paradigma más flexible y cómodo para el paciente dominará con la mayor probabilidad a base de un sistema acelerador/pórtico de una sola habitación para, o bien protones, o bien iones ligeros (carbono), construido en un área relativamente pequeña (aproximadamente 500 m²).

En la actualidad, los pequeños o grandes departamentos de radioterapia trabajan con 1-2 ó 5-6 aceleradores lineales de electrones, respectivamente, de manera que, por término medio, 8 habitaciones convencionales están presentes en 3-4 hospitales cubriendo una población de 1,5-2 millones. Para mantener las proporciones que aparecen en la última columna de la tabla, pueden contemplarse dos utilizaciones de dichas instalaciones con habitaciones individuales:

• una instalación de protones con habitaciones individuales, se "fija" a uno de estos hospitales, pero sirve también para otros 2-3;

• una instalación con acelerador lineal de carbonos, se "fija" a un centro de terapia de protones ya existente, el cual sirve para muchos millones de habitantes, pero acelera carbono, y

• posiblemente una instalación con otros iones ligeros, pero con una energía que no es suficiente para tratar tumores profundamente asentados.

El documento...

1. Un sistema de aceleración para partículas nucleares cargadas con un número de masa igual o mayor de 1 para aplicaciones médicas y/u otras aplicaciones, el cual sistema comprende por lo menos un acelerador lineal de radiofrecuencia (RF) (6, 8, 10, 13), y una estructura mecánica semejante a un pórtico (T) dispuesto para girar alrededor de un eje, empleado para irradiar el objetivo/paciente desde más de una dirección con un haz de iones pulsados, caracterizado por el hecho de que por lo menos un acelerador lineal de radiofrecuencia (RF) (6, 8, 10, 13), es decir, un acelerador lineal o una sección del acelerador lineal, está montado(a) sobre dicha estructura mecánica similar a un pórtico (T).

2. Un sistema para la aceleración de iones, de acuerdo con la reivindicación 1, además caracterizado porque, comprende uno o más aceleradores de partículas llamados aquí colectivamente preacelerador(es), dispuesto(s) para impartir energía a las partículas producidas por una fuente de iones antes de inyectar el haz de iones en el acelerador(es) lineal(es) montado(s) sobre la estructura similar a un pórtico.

3. Un sistema para la aceleración de iones de acuerdo con la reivindicación 1, además, caracterizado por el hecho de que tiene sobre la estructura mecánica similar a un pórtico (T), un sistema para el suministro de haces de iones para aplicaciones médicas o cualquier otra aplicación.

4. Un sistema para la aceleración de iones, de acuerdo con la reivindicación 1, además, caracterizado por el hecho de que una o más secciones de un acelerador(es) lineal(es) está(n) montado(s) en cualquier posición sobre la estructura mecánica similar a un pórtico (T), puede trabajar con diferentes frecuencias, y cada una de ellas incluye un número de módulos de aceleración de acuerdo con las necesidades consideradas.

5. Un sistema para la aceleración de iones, de acuerdo con la reivindicación 1, además, caracterizado porque, comprende unos generadores de potencia de radiofrecuencia (RF), los cuales están o bien montados sobre la estructura mecánica similar a un pórtico (T), y directamente conectados a los módulos de la(s) sección(es) del acelerador lineal, o bien están localizados fuera de la estructura mecánica similar a un pórtico, y conectados a la(s) sección(es) del acelerador lineal por medio de unos dispositivos guiados por ondas dispuestos para girar, que consisten en dos convertidores modales copulados íntimamente uno frente al otro galvánicamente conectados, o cualquier otro dispuesto para girar el dispositivo de potencia de radiofrecuencia (RF).

6. Un sistema para la aceleración de iones, de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, además, caracterizado por el hecho de que el pre-acelerador es un ciclotrón convencional o un ciclotrón superconductor o un acelerador FFAG, ambos posiblemente seguidos por un acelerador lineal.

7. Un sistema para la aceleración de iones, de acuerdo con la reivindicación 1 y 2, además, caracterizado por el hecho de que el pre-acelerador es un acelerador lineal convencional o un acelerador lineal superconductor.

8. Un sistema para la aceleración de iones, de acuerdo con la reivindicación 1, y una o más reivindicaciones de la 2 a la 7, además, caracterizado por el hecho de que la fuente de iones y/o el preacelerador, o partes del mismo, están montadas sobre la estructura mecánica semejante a un pórtico (T).

9. Un sistema para aceleración de iones, de acuerdo con la reivindicación 1, y una o más reivindicaciones de la 2 a la 7, además, caracterizado por el hecho de que dicho sistema incluye una fuente o bien contínua o bien de pulsos, de acuerdo con la tasa de repetición del (de los) acelerador(es) lineal(es), por ejemplo un ECR ó un EBIS u otro tipo de fuente de iones.

10. Un sistema para aceleración de iones, de acuerdo con la reivindicación 1, además, caracterizado por el hecho de que la energía de salida del haz se modula mediante la variación de la potencia de entrada (RF) a los módulos de aceleración.

11. Un sistema para la aceleración de iones, de acuerdo con la reivindicación 1, además, caracterizado por el hecho de que la intensidad del haz de salida del acelerador lineal, se modula a saber, pulso a pulso, por los parámetros del haz de iones en la fuente de iones y/o en el preacelerador y/o por la dinámica del haz.

12. Empleo de un sistema para la aceleración de iones y de sus componentes, de acuerdo con una o más de las reivindicaciones 1 a 11, en el ámbito médico, en particular para la producción de radiofármacos y para la terapia de radiación del cáncer, y/o para fines industriales y/o en aplicaciones de investigación científica y/o en aplicaciones tecnológicas.