De rol van vacuüm bij tumor-, proton- en zware-iontherapie Laten we de verschillende toepassingen van vacuümtechnologie voor die therapieën bekijken

Verschillende hulpmiddelen die vacuüm vereisen, worden gebruikt bij tumortherapie. Een belangrijk apparaat is de cyclotron.

Cyclotrons versnellen elektrisch geladen deeltjes naar een extreem hoge snelheid (= energie). Deze deeltjes worden in de medische therapie gebruikt om tumoren te vernietigen om een operatie te vermijden. 

Cyclotrons versnellen deeltjes (elektronen, protonen (= kernen van waterstof) of zwaardere ionen) die in het centrum worden gegenereerd door een sterk magnetisch veld te passeren in spiraalvormige trajecten die hun energie ontvangen via radiofrequentie. Het volledige traject (van het midden naar de patiënt >> 10 m) moet in hoogvacuüm zijn. Het gemiddelde vrije pad van de deeltjes moet langer zijn dan de reisafstand, anders zouden ze worden verspreid en naar de wand worden afgebogen. Daarom moet de druk < 1 x 10 -06 mbar zijn.

Het vacuümsysteem van een cyclotron kan worden blootgesteld aan straling en magnetische velden. Een klassieke samenstelling zijn dus oliediffusiepompen die worden ondersteund door draaischuifpompen. Als alternatief kunnen turbomoleculaire pompen worden gebruikt die worden ondersteund door draaischuifpompen of scrollpompen. Zeer grote cyclotrons gebruiken ook cryopompen.

Protontherapie is een nieuwe technologie voor de behandeling van kanker die in de jaren 1990 werd gekwalificeerd.

Bestraling van menselijk weefsel door röntgenfotonen vernietigt gezond weefsel op zijn weg naar en achter de tumor. Bij protonenstralen vertragen de protonen slechts langzaam tot ze het punt bereiken waarop de straal stopt. Weefsel in het stralingspad absorbeert slechts een zeer kleine dosis ten opzichte van fotonenstralen. Aan het einde van het bereik worden de protonen gestopt bij de 'Bragg Peak' (zie afbeelding 2) en brengen ze een grote hoeveelheid energie over naar de tumor – en bijna nul daarachter.

Hierdoor is protontherapie een krachtig maar mild hulpmiddel waarbij schade aan gezond weefsel tot een minimum wordt beperkt. Het kan veel operaties vermijden en kan worden gebruikt voor gecompliceerde behandelingen zoals tumoren in de ogen om volledige verwijdering te voorkomen!

De protonen (waterstofkernen) worden in een cyclotron gegenereerd en versneld. Omdat de protonen elektrisch geladen zijn, kunnen ze worden afgebogen en in straallijnen worden getransporteerd naar verschillende kamers waar patiënten in de portalen worden behandeld.

Het vacuümsysteem is van groot belang voor de protonentherapie en voldoet aan hoge medische normen.

De cyclotron wordt meestal verpompt door middelgrote turbomoleculaire pompen. Ze worden blootgesteld aan magnetische velden en straling, vaak afgeschermd door ijzer.

De balklijnen hebben een kleine diameter (ca. 60 mm) en vereisen een kleine TMP om de paar meter. Aangezien de protonen niet door restgas kunnen worden verspreid, hebben ze een gemiddelde vrije weg van meer dan 100 m nodig, dus een druk van 10-07 mbar. Bakken van vacuümonderdelen is niet nodig. Aangezien de kwaliteit van het vacuüm belangrijk is voor het succes van de monitoring van de therapiestatus, zijn documentatie en veiligheid cruciaal.

Heavy Ion Therapy daagt vacuümtechnologie uit met ultrahoogvacuümvereisten.

Het is een verbetering van protontherapie en gebruikt zwaardere ionen zoals C+ in plaats van protonen. De vernietiging van kankercellen is nog efficiënter.

De technologie die bij zware ionentherapie wordt toegepast, is complexer: de ionen worden gegenereerd in een ionenbron, versneld in een lineaire versneller en vervolgens aan een synchrotron toegevoerd. In de synchrotron worden ionen verder versneld en door magneten in cirkelvormige sporen geleid voordat ze in de straallijnen worden geleid. De synchrotronen hebben een omtrek tot 100 m. Een druk van ruim onder 1 x 10-09 mbar is vereist om ervoor te zorgen dat ionen dergelijke lange afstanden afleggen zonder interactie. Dit leidt tot UHV-technologie, waarbij gebruik wordt gemaakt van ionenpompen, droge ruwbouwsystemen en zelfs een bakbaar straalgeleidingssysteem. Omdat het tegenwoordig gebruikelijk is om supergeleidende magneten in de synchrotron te gebruiken, ondersteunen de koude wanden het pompen.

De oprichting van een protonentherapiecentrum vergt een buitengewone investering en de zware ionentherapie des te meer, maar dit wordt gerechtvaardigd door de uitstekende vooruitzichten op genezingssucces.

In deze blog hebben we het belang van vacuümtechnologie in verschillende medische ingrepen besproken, evenals de rol die verschillende vacuümpompen spelen in hun prestaties.