Terapia del protón: Detrás de las escenas
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Los sistemas de terapia de protones son complejos y grandes. Debido a su tamaño, la mayor parte del equipo está escondido detrás de las paredes para que el paciente en la sala de tratamiento nunca vea todo el equipo. Hagamos un recorrido detrás de escena.
El núcleo de la instalación es un acelerador de partículas que produce el haz de protones. Estos aceleradores utilizan tecnología desarrollada para la investigación en física nuclear y la aplican al tratamiento de pacientes con cáncer. Los aceleradores, conocidos como ciclotrones y sincrotrones, son enormes. Los ciclotrones pueden pesar hasta 200 toneladas y tener entre 6 y 12 pies de diámetro (Figura 1). Los sincrotrones son más livianos pero tienen un diámetro mucho mayor, de hasta 20 a 25 pies (Figura 2).
Figura 1. Los ciclotrones usan un solo imán grande en forma de pastillero.
Figura 2. Los sincrotrones usan múltiples imanes más pequeños distribuidos alrededor del anillo de aceleración.
El gas hidrógeno proporciona una fuente de protones. Este gas se compone de núcleos de protones unidos a electrones. Cuando el electrón es arrancado del átomo de hidrógeno, deja un protón con carga positiva.
Los aceleradores usan imanes para doblar los protones en un camino circular y ondas de radio para proporcionar la energía para acelerar los protones hasta dos tercios de la velocidad de la luz. A esta velocidad, los protones pueden penetrar aproximadamente 13 pulgadas en el cuerpo, lo que permite tratar los tumores que se encuentran en lo profundo del cuerpo. No todos los tumores son tan profundos. La energía del protón se puede variar para proporcionar haces que penetren de 2 a 13 pulgadas en el cuerpo.
En el sincrotrón, la energía del protón se puede ajustar durante el proceso de aceleración, pero un ciclotrón produce una única energía máxima. Por lo tanto, el haz de protones de un ciclotrón debe pasar a través de un degradador y otro sistema de imanes llamado "selector de energía". Esto reduce la energía para adaptarse al tratamiento de cada paciente individual (Figura 3).
Figura 3. En un sistema de protones basado en un ciclotrón, el selector de energía utiliza un degradador de grafito en forma de cuña e imanes para reducir la energía y la penetración del haz.
Un solo acelerador puede enviar haces de protones a varias salas de tratamiento. El tamaño total de la instalación de protones depende del número de salas de tratamiento. Los centros de protones más grandes, que generalmente se encuentran en grandes centros académicos, tienen hasta cinco salas de tratamiento (Figura 4). Estas instalaciones pueden cubrir el área de un campo de fútbol (Figura 5).
Figura 4. Los sistemas grandes de varias salas pueden tener hasta cinco salas de tratamiento. El haz es transportado a la sala por un sistema de imanes ubicado detrás de las salas de tratamiento en el "pasillo" de transporte del haz.
Figura 5. En una instalación de cinco habitaciones, el “corredor” de transporte del haz puede tener 160 pies de largo.
En los últimos años, los proveedores de equipos de protones han desarrollado sistemas de una sola habitación, con un diseño mucho más pequeño (Figura 6). Estos sistemas son menos costosos y atractivos para centros más pequeños como hospitales regionales y comunitarios.
Figura 6. Sistema de una sola sala de tratamiento: una sola entrada conduce a la sala de tratamiento, el pórtico y el ciclotrón.
No importa cuán grande o pequeña sea la instalación, todos los sistemas requieren un acelerador y una sala de tratamiento. No solo el acelerador es grande, sino que la sala de tratamiento también es grande. Esto se debe a que se necesita otro sistema de imanes de flexión para dirigir el haz de protones al tumor del paciente desde múltiples ángulos. Estos imanes están montados en una estructura grande, llamada pórtico. El pórtico gira 360 grados alrededor del paciente. El paciente no ve el pórtico porque está escondido detrás de las paredes de la sala de tratamiento. Puede tener 3 o 4 pisos de altura.
El pórtico que se muestra a continuación tiene 40 pies de diámetro y, con sus imanes, pesa 100 toneladas (Figura 7). Es tan grande que llena el foso del pórtico, lo que dificulta tomar una foto que dé una idea real de su tamaño (Figura 8).
Figura 7. Un pórtico típico de terapia de protones sometido a pruebas de fábrica antes de la instalación de los imanes.
Figura 8. Un pórtico durante la instalación. Eventualmente, la estructura se cerrará con paredes para crear la sala de tratamiento que ve el paciente.
Afortunadamente, el pórtico está ubicado detrás de una pared que divide el “pozo” del pórtico de la parte de la sala de tratamiento que ve el paciente (Figura 9). Por lo tanto, el paciente no se da cuenta de las 100 toneladas de acero que giran a su alrededor y envían el haz de protones a su tumor con precisión milimétrica.
Figura 9. Una sala típica de tratamiento de terapia de protones vista por el paciente.