CAPITOLO I - L’acceleratore lineare di elettroni NOVAC7

In questo capitolo sono riportate le principali caratteristiche costruttive dell’acceleratore lineare (A.L.) NOVAC7 ed i parametri fisici che caratterizzano la qualità dei fasci di elettroni prodotti da questo acceleratore.

Il sistema NOVAC7 è attualmente progettato per eseguire il trattamento radioterapico intraoperatorio IORT ed in questo capitolo sono riportate le caratteristiche di detta applicazione.

La radioterapia intraoperatoria (IORT) è una tecnica di trattamento particolarmente indicata per il controllo delle neoplasie localizzate in aree anatomiche che comportano limitazioni tecniche alla chirurgia a causa della presenza di tessuti sani limitrofi alla patologia. Nella IORT viene somministrata, durante l’intervento chirurgico, una dose singola elevata ( circa 10 Gy) di elettroni alla neoplasia o al letto tumorale o alle regioni a rischio di recidiva locale. Per tale motivo il NOVAC7 permette l’erogazione del fascio in tempi dell’ordine del mezzo minuto in quanto fa uso di elevati valori di dose per impulso. Questa caratteristica è particolarmente interessante per trattamenti che richiedono tempi brevi al fine di evitare il prolungarsi dello stato anestetizzante del paziente.

Il fascio di elettroni è prodotto dall’acceleratore di elettroni, dedicato ai trattamenti di radioterapia intraoperatoria ‘Intra Operative Radiation Therapy’ (IORT), NOVAC7 , costruito dalla HITESYS S.p.a. , ed è appositamente concepito per operare direttamente in sala operatoria. Per tale motivo aspetti quali mobilità, leggerezza e facilità di installazione sono stati particolarmente curati.

L’innovazione di tale acceleratore rispetto ai tradizionali, consiste nei due seguenti aspetti, uno di tipo pratico e uno di tipo costruttivo:

1. le ridotte dimensioni e la mobilità della macchina permettono di collocarla in sala operatoria, senza richiedere particolari trasformazioni di quest’ultima, evitando perciò il trasferimento durante l’operazione dalla sala operatoria al bunker di radioterapia;
2. la mancanza di filtri diffusori riduce notevolmente la radiazione fotonica diffusa dall’acceleratore.

L’assenza di filtri diffusori, inoltre, ha permesso lo sviluppo di una particolare architettura della macchina che risulta caratterizzata da un braccio articolato (stativo), in grado di consentire la variazione della distanza tra acceleratore e superficie da trattare al fine di ottimizzare il livello di omogeneità dosimetrica dei campi.

La suddetta caratteristica costruttiva rende inoltre il NOVAC7 in grado di irraggiare una superficie attraverso scansioni successive (tecnica conformazionale). Tale argomento esula comunque dagli scopi prefissi da questo lavoro, che invece affronta la dosimetria di fasci di elettroni, di sezione circolare fissa di diametro compreso tra 6 cm e 10 cm, impiegati nella IORT.

Nel NOVAC7, il fascio, prodotto da un linac alloggiato in una struttura separata, connessa alla sorgente di microonde (modulatore) per mezzo di una guida d’onda flessibile, viene collimato da un applicatore. La figura 1 mostra il robot linac NOVAC7.

I collimatori in dotazione al NOVAC7 sono divisi in due parti: la parte superiore viene saldamente fissata all’acceleratore mentre quella inferiore viene in contatto con il paziente ed è tenuta fissa mediante dispositivi meccanici in genere facenti capo al letto operatorio.

Per irraggiare il paziente la testa radiante viene spostata lentamente fino a porre in asse , a circa 2 mm di distanza, la parte superiore del collimatore con quella inferiore, che aderisce alla superficie del paziente; una ghiera di fissaggio permette di unire le due parti (Fig.1a). Questo tipo di connessione è denominata ‘hard docking’ ed assicura il corretto allineamento delle due parti del collimatore.

Fig.1a Connessione ‘hard docking’ tra le due parti costituenti il collimatore

I collimatori sono costruiti in perspex, materiale a basso numero atomico Z, al fine di minimizzare la radiazione di frenamento. Tale materiale è inoltre particolarmente adeguato sia per la facilità di manovrabilità che per la facilità di sterilizzazione. Tali collimatori hanno configurazione geometrica cilindrica con lunghezza, corrispondente alla distanza sorgente superficie (DSS) pari a 80 cm, 100 cm e 120 cm. Le dimensioni del diametro dei collimatori possono essere di 4 cm, 6 cm, 8 cm, 10 cm e 12 cm, con inclinazioni di 0°, 22,5°, e 45° (Tab.I). Conseguentemente, a ciascun collimatore corrisponderà, per una certa energia fissata, un differente rateo di dose.

All’opposto di quanto avviene per gli acceleratori di elettroni convenzionali, il rateo di dose sull’asse centrale dei fasci prodotti dal NOVAC7 aumenta al diminuire delle dimensioni del campo. Ciò è imputabile al fatto che la fluenza di elettroni aumenta al restringersi delle dimensioni dei collimatori per via della forte collimazione del fascio.

Un’altra caratteristica dell’A.L. NOVAC7 è data dalla possibilità di lavorare con frequenze di ripetizione degli impulsi, n, comprese in un intervallo di valori che va da n =1 Hz a n=29 Hz. La frequenza di ripetizione di 5 Hz è stata indicata dal costruttore come frequenza che garantisce la migliore stabilità di erogazione del fascio. Il tempo di durata dell’impulso è uguale a 4 ms.

Il NOVAC7 è in grado di fornire quattro differenti energie di trattamento, la cui scelta dipende dalla profondità di penetrazione ritenuta ottimale per il trattamento IORT. I valori nominali di energia, E, forniti dal costruttore, sono indicativi per le energie più alte dello spettro degli elettroni prodotti dall’A.L. In tabella I sono riassunte alcune caratteristiche del fascio NOVAC7 quali: energie nominali, dimensioni e inclinazioni dei collimatori, DSS, valori disponibili di frequenza di ripetizione degli impulsi.

Tab.I Riassunto delle principali caratteristiche del fascio di elettroni NOVAC7

In tabella II sono riportati i valori dei parametri dosimetrici [11] che caratterizzano i fasci di elettroni del NOVAC7.

Tali parametri sono stati determinati da misure di dose percentuale in profondità, DPP, riportate nella figura 2 ottenute dall’elaborazione di un sistema computerizzato del fantoccio d’acqua (Scanditronix), dei segnali forniti da un diodo al silicio mod.DEB000 2318 (Scanditronix). I risultati ottenuti si riferiscono a campi di diametro pari a 10 cm, e a DSS = 100 cm. Alcune misure eseguite con collimatori di diverso diametro hanno evidenziato che, fissata un’energia e a parità di angolo di incidenza del collimatore:

• le DPP non dipendono dal diametro del collimatore;
• le DPP sono indipendenti dalla DSS.

Fig.2 Dosi percentuale in profondità (DPP) di fasci di elettroni prodotti dall’A.L. NOVAC7 di energie nominali 4 MeV (a), 5 MeV (b), 7 MeV (c) e 9 MeV (d), per un campo di diametro pari a 10 cm con DSS = 100 cm.

Un doppio sistema dosimetrico costituito da camere monitor collocate all’uscita del fascio, garantisce una riproducibilità del fascio entro lo 0,7% (1s ), per fasci di qualsiasi energia. La riproducibilità del fascio per numero di impulsi è stata determinata, mediante misure con camera a ionizzazione, essere contenuta entro lo 0,7% (1s ), per un intervallo di impulsi da circa 100 a circa 4000 impulsi, corrispondente ad un intervallo di dose da 3 Gy a 120 Gy (Fig 3).

Fig.3 Stabilità della carica raccolta per impulso (ottenuto da una camera a ionizzazione Markus posta sull’asse centrale del fascio )in funzione del numero di impulsi per un fascio di elettroni NOVAC7 con = 5,8 MeV (campo di diametro pari a 10 cm con DSS=100 cm). La camera a ionizzazione utilizzata era posta in perspex al build-up di 1,1 cm (equivalente a 1,2 cm in acqua).