Sistema móvil de radioterapia intraoperativa por haz de electrones.

El sistema integra un microtrón de pista alimentado por una fuente de radiofrecuencia (22) y un modulador (31), con una estructura de aceleración (2) ubicada dentro de una cámara (7) sometida a un vacío, unida a una estructura mecánica de soporte móvil que proporciona seis grados de libertad para posicionar dicho microtrón de pista respecto a un paciente. Comprende una unidad en forma de tubo (16) que enlaza dicha cámara (7) con dicha estructura mecánica de soporte móvil, proporcionando dicho tubo (16) la extracción de aire para realizar el vacío de dicha cámara (7), la alimentación de potencia de radiofrecuencia a dicha estructura de aceleración (2) del microtrón de pista y la rotación de la cámara (7) respecto a un eje (16)

Sistema móvil de radioterapia intraoperativa por haz de electrones.

Sector de la técnica

La presente invención concierne en general a un sistema móvil de radioterapia intraoperatoria por haz de electrones que integra un microtrón.

Estado de la técnica anterior

La Radioterapia Intraoperatoria (RIO) es una técnica de rápida evolución que ha atraído de manera creciente el interés en el campo de la oncología moderna. La RIO puede ser definida como una técnica de tratamiento de radioterapia consistente en la administración, durante una intervención quirúrgica, de una única y alta dosis de radiación, en el rango que va desde 10 Gy a 20 Gy, directamente al lecho/entorno del tumor en un área definida utilizando haces de electrones de energías en el rango que va desde 4 MeV a 20 MeV. Este método de tratamiento permite evitar o reducir al máximo el daño en los tejidos sanos. Otra característica importante es que de esta manera es posible esterilizar la zona quirúrgica donde algunos residuos microscópicos pueden permanecer sin que puedan ser extraídos quirúrgicamente y que pueden dar lugar a un incremento de recaídas locales.

Se ha demostrado que la RIO es efectiva en el tratamiento de cáncer de pecho, sarcomas de tejidos blandos, cánceres ginecológicos, colorectales, pancreáticos, etc. Las formas en la que la RIO puede ser aplicada incluyen la irradiación del lecho de un tumor después de su completa extracción quirúrgica, la irradiación de los residuos de un tumor después de una extracción quirúrgica parcial o la irradiación de tumores inoperables quirúrgicamente.

Los rayos X no son adecuados para la RIO debido a su alta capacidad de penetración, alta absorción ósea y a su más bien bajo decremento de la dosis suministrada con la profundidad de penetración, siendo ésta última la característica que hace difícil evitar afectar a zonas que no deben ser irradiadas. Además, los tratamientos con rayos X requerirían largos tiempos de tratamiento.

La profundidad de penetración de un haz de electrones es controlada de manera precisa variando su energía, por lo tanto los tratamientos RIO con electrones permiten irradiar únicamente la zona deseada sin dañar tejidos vecinos. Además, en este caso el campo de irradiación puede ser fácilmente determinado utilizando aplicadores externos.

Una opción es la de utilizar aceleradores lineales (linacs) "convencionales", es decir diseñados para radioterapia externa (RE), para la RIO. Sin embargo, este enfoque tiene varios inconvenientes. En primer lugar las máquinas para RE no satisfacen plenamente los criterios para la RIO. Debido a su gran tamaño y peso no pueden ser posicionadas adecuadamente para la irradiación RIO, por lo que el paciente debe ser movido lo cual implica una logística bastante compleja. También, los aceleradores lineales existentes para RE generan una radiación intensa durante su operación, por lo que tienen que ser dispuestos en un búnker especial.

Como consecuencia, la implementación de la RIO con aceleradores lineales diseñados para RE sigue uno de los siguientes dos esquemas: (1) organización de una sala de operaciones en el interior del búnker del acelerador, o (2) transporte del paciente, bajo anestesia, desde la sala de operaciones al búnker del acelerador lineal y de vuelta a la sala de operaciones tras la irradiación.

Ambos esquemas tienen serios inconvenientes. El primer esquema requiere un gran desembolso económico por parte del centro médico. En este caso el acelerador será utilizado con una frecuencia determinada por las operaciones quirúrgicas, esto es, típicamente, de uno a tres pacientes por día dependiendo del tipo de tumor. Como resultado, una máquina con un alto coste económico y capaz de tratar un alto número de pacientes será utilizada con una muy baja eficiencia.

La desventaja principal del esquema que contempla el transporte del paciente desde la sala de operaciones hasta el búnker del acelerador durante la operación quirúrgica es el incremento en la complejidad del tratamiento debido al riesgo de infección, los requerimientos especiales en cuanto a la anestesia a utilizar, así como una logística más complicada.

Todas estas dificultades fueron la razón principal por la cual la RIO, a pesar de sus ventajas teóricas, no consiguió una amplia aplicación hasta mediados los años noventa del siglo veinte. Era claro que una solución sería la de utilizar unos aceleradores móviles de haz de electrones que pudieran ser transportados y empleados directamente en la sala de operaciones. Con la introducción de instalaciones de este tipo en las clínicas a principios del año 2000 una nueva era de RIO ha comenzado.

En la actualidad, los únicos aceleradores RIO dedicados son aceleradores lineales diseñados especialmente en la banda-X (3 cm. de longitud de onda) y en la banda-S (10 cm. de longitud de onda), por ejemplo Mobetron (Intarop Medical Corporation, Estados Unidos) o Novac-7 (Hitesys, Italia).

Las instalaciones RIO dedicadas basadas en aceleradores lineales tienen ciertas desventajas. La primera de ellas es que con el fin de asegurar la precisión requerida en la energía del haz de salida tiene que llevarse a cabo un proceso de calibración del haz antes de cada operación. Esto incrementa la carga de radiación en la sala de operaciones.

Además, los aceleradores lineales no tienen un sistema simple y fiable para variar la energía del haz de salida justo antes de la irradiación de acuerdo con la decisión del radioterapeuta.

Un inconveniente adicional está relacionado con la eficiencia. El índice de dosis necesario en el rango de entre 10 y 20 Gy/min para la RIO es proporcionado por la corriente de haz media de solamente -0,2 μA. Para dicha baja corriente el 99,9% de la energía RF es disipada en las paredes del acelerador lineal.

Un inconveniente más es el siguiente. Para evitar la generación de una corriente incontrolable, llamada corriente oscura, el gradiente de aceleración del acelerador lineal debe estar por debajo de 10-15 MeV/m, por lo que solamente la longitud de su unidad de aceleración debe ser de 1m. Esto hace que el equipo para la RIO sea bastante voluminoso y pesado.

Se tiene conocimiento de varios documentos de patente relativos a propuestas anteriores dentro del campo de esta invención. Pueden citarse así las patentes US-A-5 321 271 "Intraoperative electron beam therapy system and facility" y US-A-5 635 721 "Apparatus for the linear acceleration of electrons, particularly for intraoperative radiation therapy" y la solicitud de patente US-A.-2005/0259786 "Machine for Intraoperative radiation therapy".

Por los artículos "Equipo para radioterapia intraoperatoria basado en un microtrón de pista de 12 MeV" de la revista "Física Médica", Vol. 8, núm. 1 de Mayo del 2007, "Conceptual design of the miniature electron accelerator dedicated to IORT" de "Proceedings of RuPAC XIX", Dubna 2004, y "Design of 12 MeV RTM for mu/tiple applications" de EPAC-06 "Proceedings of the 10th European Particle Accelerator Conference" (Edimburg, June 26-30, 2006), p. 2340-2342 (2006), escritos por los autores de la presente invención, se conoce un sistema móvil de radioterapia intraoperatoria por haz de electrones que integra un microtrón de pista en funciones de acelerador de electrones, instalado en el interior de una cámara, sometida a un vacío, unida a una estructura mecánica de soporte móvil que proporciona seis grados de libertad para el posicionado adecuado de dicho microtrón de pista respecto a un paciente, estando alimentado dicho microtrón por una fuente de radiofrecuencia y un modulador.

Si bien en dichos artículos se comentan las ventajas que ofrece utilizar para la RIO un microtrón de pista en lugar de un acelerador lineal, los resultados han sido obtenidos en base a cálculos teóricos y simulaciones numéricas de un diseño teórico, no ofreciendo soluciones técnicas concretas de cómo llevar a cabo algunas de las partes del sistema RIO analizado en los mismos a la hora de construirlo, específicamente por lo que se refiere al diseño de la estructura de aceleración, de los imanes y de otros componentes del microtrón de pista y del sistema de RIO.

Explicación de la invención

Aparece necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica, proporcionando un aparato móvil dedicado a la RIO en el cual el haz de electrones con características...

1. Sistema móvil de radioterapia intraoperatoria por haz de electrones que integra un microtrón de pista en funciones de acelerador de electrones con una estructura de aceleración (2), instalada en el interior de una cámara (7), sometida a un vacío, unida a una estructura mecánica de soporte móvil que proporciona seis grados de libertad para el posicionado adecuado de dicho microtrón de pista respecto a un paciente, estando alimentado dicho microtrón por una fuente de radiofrecuencia (22) y un modulador (31), caracterizado porque la extracción de aire para proporcionar el vacío de dicha cámara (7), la alimentación de potencia de radiofrecuencia a dicha estructura de aceleración (2) de dicho microtrón de pista y la rotación de dicha cámara (7) respecto a un eje horizontal se realizan mediante una misma unidad (16) que enlaza dicha cámara (7) con dicha estructura mecánica de soporte móvil.

2. Sistema, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha unidad (16) comprende al menos un tubo que proporciona la extracción de aire, el transporte de la onda electromagnética y la rotación de la cámara (7).

3. Sistema, según la reivindicación 2, caracterizado porque dicha unidad (16) está unida por un extremo a dicha cámara (7) que alberga el microtrón de pista y por su otro extremo a un primer módulo (17) que forma parte de dicha estructura mecánica de soporte móvil y que alberga una bomba de alto vacío (18).

4. Sistema, según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho primer módulo (17) portador de una bomba de alto vacío (18) alberga igualmente un transformador de alta tensión (19) que alimenta un cátodo de un cañón de electrones del microtrón de pista.

5. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque dicho primer módulo (17) está acoplado por medio de una junta rotativa (28) a un segundo módulo (21) que forma parte de dicha estructura mecánica de soporte móvil y que alberga una fuente de radiofrecuencia (22), un manómetro (23) y unos elementos de transporte y acondicionamiento de radiofrecuencia (25, 26, 27, 28), estando conectado dicho segundo módulo (21) a una estructura portante de un dispositivo robótico para desplazamiento del conjunto de cámara (7) y módulos (17, 21).

6. Sistema, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho microtón de pista comprende:

dos imanes curvadores (3, 4) que giran el haz de electrones a 180º y una estructura de aceleración de partículas (2) colocada entre dichos imanes (3, 4);

un cañón de electrones coaxial (1) con cátodo hueco, anular y un imán cuadrupolar focalizador (5) colocado en el eje de dicha estructura de aceleración de partículas (2), y

un conjunto de imanes (6) de extracción con control remoto que proporciona la extracción del haz de una de las órbitas según la energía de salida necesaria,

estando dichos imanes curvadores (3, 4), dicha estructura de aceleración de partículas (2), dicho cañón de electrones (1) y dicho imán cuadrupolar focalizador (5) fijados sobre una plataforma común.

7. Sistema, según la reivindicación 6, caracterizado porque el campo magnético en dichos imanes curvadores (3, 4), dicho imán cuadrupolar focalizador (5) y dichos imanes de extracción (6) es generado por un material de tierras raras de imantación permanente.

8. Sistema, según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha estructura de aceleración de partículas (2) comprende una cadena de cavidades de radiofrecuencia acopladas y operando en banda-C.