Протонна лъчева терапия: Ускорители на частици в медицината

Терапията с протонен лъч се използва за лекуване на рак в чувствителни области като очите или мозъка. Високоенергийни протони се произвеждат от ускорител на частици и се насочват към тумора на пациента от поредица магнити. След като попаднат в тялото на пациента, 80% от протоните взаимодействат само с електроните, не с ядрата. Протоните губят енергията си, като йонизират атоми при тези взаимодействия. Тези протони ще се забавят леко в кожата и другите "плитки" тъкани, без значително да се отклоняват от правия път. След като се забавят, протоните бързо губят оставащата си енергия през кратко разстояние, тъй като улавят електрон и намаляват до топлинни скорости. Това понякога се нарича ефект на "дълбочинния заряд". Колко дълбоко прониква протонът, преди да освободи взривно енергията си зависи от началната му скорост и състава на тъканта. Като регулират количеството енергия на протоните при навлизането им в тялото на пациента, лекарите могат да насочат мястото, на което протонът най-бързо ще йонизира атомите в тъканите. Това позволява на лекарите да контролират колко енергия се отлага в по-плитко лежащата тъкан ("кожната доза") и елиминира облъчването на по-дълбоко лежащата тъкан ("сенчеста доза"). Този модел на загуба на енергия е илюстриран от тесния "Брагов пик" на протона (Фигура 1). Комбинирането на лъчи с различни енергии позволява на новия лъч да отложи енергия в платовиден профил, който може да увреди един тумор по цялата му дълбочина. Тази комбинирана доза образува разсеян Брагов пик (SOBP, виж кривата на комбинираната доза на фигура 1).

Фигура 1. Процент терапевтична енергийна доза (доза, необходима за убиване на туморните клетки), отложена в тъканта от протонни лъчи в дълбочина. Кривата на енергията на отделен протон съдържа нормален Брагов пик. Комбинираната доза (неутрализирана от 250МеV дозата в десния край на илюстрацията) е SOBP.

Адаптирано от Aamiller, Creative Commons. CC by SA 3.0