สุญญากาศเกี่ยวข้องกับสารเร่งปฏิกิริยาทางการแพทย์อย่างไร การทําให้การรักษาด้วยการฉายรังสีเป็นไปได้

27 มกราคม 2023 | อ่าน 4 นาที

ระบบสุญญากาศสําหรับเครื่องเร่งปฏิกิริยาทางการแพทย์

ตั้งแต่รถยนต์ที่คุณขับไปจนถึงอาหารที่คุณกิน เทคโนโลยีสุญญากาศมีบทบาทสําคัญในหลายส่วนของชีวิตประจําวัน หนึ่งในสาขาที่สําคัญที่เทคโนโลยีสุญญากาศมีส่วนเกี่ยวข้องมากขึ้นเรื่อยๆ คือการดูแลทางการแพทย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการรักษามะเร็ง

ในหลายกรณี เทคโนโลยีสุญญากาศเกี่ยวข้องโดยอ้อม เนื่องจากใช้ในกระบวนการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ต่างๆ อย่างไรก็ตาม ในกรณีของการรักษาด้วยการฉายรังสี สุญญากาศมีบทบาทโดยตรง ซึ่งเป็นส่วนสําคัญของฟังก์ชันของตัวเร่งการแพทย์ที่ทําให้การรักษาด้วยการฉายรังสีเป็นไปได้

การรักษาด้วยการฉายรังสีคืออะไร

การบําบัดด้วยการฉายรังสีเป็นการรักษามะเร็งประเภทหนึ่งที่ใช้ลําแสงพลังงานที่เข้มข้นเพื่อฆ่าเซลล์มะเร็ง ซึ่งมักทําโดยใช้รังสีเอ็กซ์ แต่สามารถใช้พลังงานประเภทอื่น ๆ เช่น โปรตอนและนิวตอนได้เช่นกัน โดยปกติแล้ว พลังงานนี้จะถูกส่งในรูปแบบของลําแสงที่สร้างขึ้นจากเครื่องจักรภายนอกร่างกาย นี่คือจุดที่ใช้เครื่องเร่งความเร็วทางการแพทย์ เนื่องจากจะสร้างลําแสงนี้

จากนั้นลําแสงพลังงานสูงจะโฟกัสไปยังจุดที่เฉพาะเจาะจงมากบนตัวถังรถ การบําบัดด้วยการฉายรังสีทําลายเซลล์โดยการทําลายวัสดุทางพันธุกรรมภายในเซลล์ เนื่องจากทั้งเซลล์ที่มีสุขภาพดีและเซลล์มะเร็งประกอบด้วยวัสดุทางพันธุกรรมนี้ ทั้งสองเซลล์จึงได้รับความเสียหายในระหว่างการรักษาด้วยการฉายรังสี ดังนั้น เป้าหมายคือการทําลายเซลล์มะเร็งให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในขณะที่รักษาเซลล์ที่มีสุขภาพดี

ตัวเร่งปฏิกิริยาทางการแพทย์และประเภทของลําแสงพลังงาน

การออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาทางการแพทย์ที่ใช้เพื่อสร้างพลังงานที่จําเป็นสําหรับการรักษาด้วยการฉายรังสีเป็นส่วนสําคัญในการรักษาเซลล์ที่มีสุขภาพดีให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ความสามารถในการโฟกัสลําแสงและควบคุมพลังงานของลําแสงเป็นส่วนสําคัญในการมุ่งเป้าไปที่เซลล์มะเร็ง

ปัจจัยสําคัญอีกประการหนึ่งคือประเภทของลําแสงที่ใช้ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ มีการใช้รังสีเอ็กซเรย์มากที่สุด แต่รังสีเอ็กซเรย์ประเภทอื่นๆ ก็ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ

ตัวอย่างหนึ่งคือการใช้การบําบัดด้วยโปรตอน ซึ่งใช้ลําแสงโปรตอนแทนรังสีเอ็กซ์

เนื่องจากโปรตอนใช้พลังงานค่อนข้างน้อยในการเร่งความเร็ว ตัวเร่งปฏิกิริยาทางการแพทย์ที่ใช้สําหรับการบําบัดด้วยโปรตอนมักมีขนาดใหญ่กว่าตัวเร่งปฏิกิริยาทางการแพทย์อื่น ๆ โดยปกติแล้วจะเป็นการออกแบบสไตล์ไซโคลตรอนแทนที่จะเป็นเครื่องเร่งความเร็วเชิงเส้นที่ใช้ในการส่งลําแสงที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีน้ําหนักเบา เช่น โฟตอนหรืออิเล็กตรอน

ข้อดีหลักของการใช้ลําแสงโปรตอนคือโปรตอนจะไม่ส่งรังสีเกินระยะทางที่กําหนดในร่างกาย เนื่องจากโปรตอนแทรกซึมเข้าไปในร่างกายได้เพียงระยะหนึ่งเท่านั้น ซึ่งขึ้นอยู่กับพลังงานของโปรตอน ความสัมพันธ์นี้ช่วยให้แพทย์ควบคุมได้ดีขึ้นว่าลําแสงโปรตอนส่งพลังงานไปที่ใด ดังนั้นจึงทําให้เนื้อเยื่อมีสุขภาพดีน้อยลง

ลําแสงประเภทอื่นที่สามารถใช้ได้คือลําแสงนิวตรอนในกระบวนการที่เรียกว่าการบําบัดด้วยการดักจับโบรอนนิวตรอน การบําบัดด้วยการฉายรังสีประเภทนี้แตกต่างกันเล็กน้อย เนื่องจากต้องใช้ยาค้นหาเนื้องอกที่มีโบรอน-10 เมื่อผู้ป่วยสัมผัสกับลําแสงนิวตรอนพลังงานต่ํา นิวตรอนจํานวนมากจะถูกดูดซับโดยโบรอน-10

การดูดกลืนนี้ทําให้เกิดปฏิกิริยาที่ปล่อยอนุภาคที่มีประจุพลังงานสูงในระยะสั้น จากนั้นอนุภาคเหล่านี้จะทําลายเนื้อเยื่อโดยรอบซึ่งประกอบด้วยเซลล์มะเร็ง เทคนิคนี้ทําให้เกิดความเสียหายน้อยที่สุดต่อเนื้อเยื่อที่ดีโดยรอบ เส้นทางใหม่ในการรักษาด้วยการฉายรังสีเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าชุมชนทางการแพทย์กําลังทําลายเซลล์มะเร็งได้ดีขึ้นเรื่อยๆ ในขณะที่รักษาเนื้อเยื่อที่ดีต่อสุขภาพ

สุญญากาศเกี่ยวข้องกับการบําบัดด้วยการฉายรังสีอย่างไร

เทคโนโลยีสุญญากาศเป็นองค์ประกอบสําคัญของเครื่องเร่งปฏิกิริยาทางการแพทย์ เนื่องจากต้องอยู่ภายใต้สุญญากาศสูงเพื่อทํางาน ดังที่กล่าวถึงในบล็อกก่อนหน้านี้ สภาวะสุญญากาศสูงจะจํากัดปฏิกิริยาระหว่างลําแสงกับก๊าซ ซึ่งยังสามารถเรียกได้ว่าเป็นการเพิ่มเส้นทางปราศจากค่าเฉลี่ยของอนุภาคในสุญญากาศ เช่น โปรตอนและนิวตรอนในตัวอย่างข้างต้น

หากลําแสงโปรตอนหรือนิวตรอนถูกสร้างขึ้นภายใต้ความดันบรรยากาศ ลําแสงดังกล่าวจะเดินทางได้เพียงนาโนเมตรเท่านั้นก่อนที่จะถูกโมเลกุลอากาศขัดจังหวะ อย่างไรก็ตาม เมื่อความดันลดลงเหลือ 10 ^-5 mbar หรือต่ํากว่านั้น โปรตอนและนิวตอนจะสามารถเดินทางได้ไกลขึ้นมาก ซึ่งช่วยให้ลําแสงเร่งความเร็วไปยังระดับพลังงานที่จําเป็นสําหรับการบําบัดด้วยรังสี ซึ่งลําแสงสามารถเดินทางผ่านตัวเร่งความเร็วและเล็งไปที่ตําแหน่งที่แม่นยําบนผู้ป่วย

ปั๊มทั่วไปที่จําเป็นสําหรับระบบเร่งความเร็วทางการแพทย์ ได้แก่:

ปั๊มแบบหยาบ มักจะแห้งเพื่อลดโอกาสการปนเปื้อนน้ํามัน
และปั๊มเทอร์โบโมเลกุล ซึ่งจําเป็นต่อการลดแรงดันให้อยู่ในระดับที่จําเป็น ในบางกรณี ต้องใช้ปั๊มที่มีระบบอิเล็กทรอนิกส์ระยะไกล ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับระดับการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากเครื่องเร่งความเร็ว