Badania i projektowanie
Jak zapewnić precyzję każdego parametru?
Na całym świecie jest nie więcej niż pięciu producentów, którzy są w stanie w pełni samodzielnie opracowywać i masowo produkować rury akceleratorów, a cały proces od projektu do produkcji jest równie trudny jak w przemyśle lotniczym.
Projekt rury akceleratora łączy wysoce precyzyjną wiedzę z wielu dyscyplin – optyki, dynamiki i elektromagnetyzmu – a uwarunkowania projektowe są niezwykle złożone. Aby zapewnić odpowiedni rygor projektowania, proces musi składać się z kilku etapów. Na każdym z tych etapów niezbędne jest uwzględnienie kierunku, prędkości i energii cząstek w różnych stanach. Jeżeli w obliczeniach zostanie popełniony błąd, wpłynie to na ogólną dawkę promieniowania, co znacznie pogorszy efekt terapii. Stabilność cząstek w rurze akceleratora można zapewnić tylko opracowując znaczną liczbę modeli danych, formułując w rygorystyczny sposób równania i przeprowadzając obliczenia złożone nawet z kilkudziesięciu tysięcy iteracji.
Proces produkcyjny
Rura akceleratora jest złożona z trzynastu zespawanych ze sobą komór, procesy produkcyjne są ze sobą wzajemnie powiązane, a tolerancja błędu wynosi zero. Jeżeli dowolna z komór nie będzie spełniać norm, cała bardzo kosztowna rura akceleratora okaże się nieprzydatna i trafi na złom. Konstrukcja komór jest niezwykle wymagająca i wrażliwa na środowisko produkcyjne. Niewielkie wahania temperatury i wilgotności powodują odkształcenia, co skutkuje nieprawidłowościami wiązki cząstek przechodzącej przez rurę. Bardzo ważna jest również obróbka powierzchniowa komór. Obecne w nich nanopyłki powodują wyraźne zwiększenie emisji cząstek, wpływają na efektywność działania rury akceleratora i skracają czas eksploatacji sprzętu do radioterapii.
Firma United Imaging Medical zainwestowała ogromne kwoty w najwyższej międzynarodowej klasy tokarki i frezarki CNC zapewniające dokładność obróbki na poziomie mikronów. Wnętrze komory jest polerowane dziesiątki tysięcy razy, aż stanie się gładkie i czyste niczym lustro. Po polerowaniu trafia do wolnego od pyłu clean roomu, gdzie usuwane są powierzchniowe zanieczyszczenia w skali nano. Na koniec komora trafia do strefy spawania w atmosferze ochronnej. Do pieca lutowniczego trafia wodór, który jest podgrzewany do temperatury kilku tysięcy stopni, a kolejne komory są spawane ze sobą próżniowo.
Pierwsza samodzielnie opracowana rura akceleratora medycznego przynosi nadzieję
W lipcu 2015 r. z samodzielnie skonstruowanej rury wystrzelono pierwszą wiązkę wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego, która trafiła precyzyjnie w obszar docelowy. Po wielokrotnej weryfikacji, że wszystkie wskaźniki będą mogły zostać utrzymane w procesie produkcyjnym, stało się oczywiste, że firma United Imaging Healthcare niezależnie opracowała rurę akceleratora medycznego nadającą się do produkcji na masową skalę.
Na jej podstawie stworzono pierwsze na świecie zintegrowane, łączące tomograf komputerowy z akceleratorem liniowym urządzenie CT-linac 506c. Weszło ono do użytku w renomowanych szpitalach najwyższego stopnia referencji, takich jak szpital onkologiczny Uniwersytetu Fudan w Szanghaju, ośrodek onkologii Uniwersytetu Sun Jat-sena, szpital Zhongnan w Wuhan itp., zapewniając dziesiątkom tysięcy pacjentów precyzyjną radioterapię.
