Proton demetleri, sadece ileri düzey nükleer fizik deneylerinde kullanılmaz. Kanser hücrelerini yok etmede kullanılan radyoterapide de vazgeçilmez bir araçtır. Ancak bu tedavinin başarısı, proton demetlerinin enerjisini ne kadar hassas kontrol edebildiğimize bağlıdır. Krakow’daki Polonya Bilimler Akademisi Nükleer Fizik Enstitüsü (IFJ PAN) bünyesinde Cyclotron Center Bronowice (CCB) yer almaktadır. Buradaki araştırmacılar, proton ışınlarının kinetik enerjisini ölçmek için yeni bir yöntem geliştirdiler. Bu yöntem çok daha hızlı, basit ve hassastır.
Proton Radyoterapisi ve Işın Demeti Kontrolü
Proton tedavisinde, tümörü yok ederken sağlıklı dokuları korumak esastır. Bunu başarmak için doktorların protonların kinetik enerjisini tam olarak bilmeleri gerekir.
Araştırmacılar, ölçüm için iki sintilasyon plakası (sintilatör) kullanıyor. Bu plakalar aralarında 3,6 metre mesafe olacak şekilde 9×9 cm boyutlarında yerleştirilmiştir. Sintilatörler, bir parçacık geçişinde ışık flaşı yayan maddelerdir. Teoride, iki plaka arasındaki geçiş süresini ölçerek hızı hesaplamak kolaydır. Dolayısıyla kinetik enerjiyi hesaplamak da kolaydır. Ancak pratikte büyük bir sorun vardır:
“Tek bir proton olduğunda ölçüm basittir. Ancak biz, her an çok sayıda protondan oluşan sürekli bir demetle çalışıyoruz. Bunu otoyoldaki trafiği ölçmeye benzetebiliriz. Aynı marka ve renkteki araçların olduğu bir trafikte, araçları birbirinden ayırt etmeden hızlarını ölçmeye çalışmak gibidir,” diyor araştırmanın lideri Dr. Wiktor Parol.
Proton Radyoterapisi Demet Enerjisi ve Desen Eşleştirme
Araştırmacılar bu sorunu çözmek için bir “desen eşleştirme” (pattern matching) yöntemi geliştirdiler. Demiryolu ulaşımındaki trenler tarifeye göre hareket eder. Proton demeti de benzer bir zaman düzeni izler.
Araştırmacılar, her iki dedektördeki sinyal dizilerini kaydederler. Kendi geliştirdikleri matematiksel yöntemlerle gürültüyü filtrelerler. Ardından ilk dedektördeki sinyal dizisinin, ikinci dedektörde ne zaman belirdiğini analiz ederler. Bu zaman kayması, proton demetinin ortalama kinetik enerjisinin hesaplanmasını sağlar.
- Etkileyiciliği: Sadece iki milisaniyelik veri toplama süresi yeterlidir. Bu süre, ölçümdeki istatistiksel belirsizliği %0,25’in altına indirmektedir.
Proton Radyoterapisi Klinik Kalite Kontrol Yöntemleri
Mevcut uygulamada, proton ışınlarının enerjisi “su fantomları” (certified water phantoms) kullanılarak test edilir. Bu süreç tedavi masasının değiştirilmesini gerektirir. İşlem onlarca dakika sürer ve genellikle günde bir defadan fazla yapılamaz.
IFJ PAN’ın önerdiği yöntemde ise:
- Sintilatörler ışın yoluna kısaca yerleştirilir. Altyapıya müdahale minimumdur.
- Analiz, birkaç saniye ila bir dakika arasında sürer.
- Sonuç: Bu ölçümler, neredeyse her tedavi seansından önce yapılabilir. Böylece tedavi güvenliği ve hassasiyeti önemli ölçüde artırılabilir.
Proton Kinetik Enerji Yayılımı Ölçümü
Araştırmacılar, yöntemin sadece ortalama enerjiyi değil, kinetik enerji yayılımını (energy spread) da ölçebildiğini keşfettiler. Bu, protonun doku içinde enerjisini hangi derinlikte bırakacağını belirleyen kritik bir parametredir. Dr. Parol, bu süreci şu şekilde açıklıyor:
Protonların kinetik enerji yayılımını belirleme yeteneği, benimsediğimiz yaklaşımın doğal bir sonucu olarak ortaya çıktı. Buradaki temel kavrayış şu: Son dedektörden gelen verilerde, ilk dedektörden gelen darbe dizisiyle eşleşen bir parça bulduğumuz için, ilk dedektördeki hangi darbenin son dedektördeki hangisine karşılık geldiğini tam olarak belirleyebiliyoruz,”
Böylece operatör, hastanın vücudundaki enerji birikim bölgesinin uzamsal dağılımını tam olarak anlama imkanına kavuşuyor.
Daha Güçlü Hızlandırıcılar İçin Ölçeklenebilirlik
Geliştirilen bu yöntemler, CCB’deki çalışmalarda optimize edilmiştir. Burada 60 ila 200 MeV (megaelektronvolt) enerjili protonlar radyoterapide ve fizik deneylerinde kullanılmaktadır. Ancak yöntem, daha güçlü hızlandırıcılar için de uygundur. Dedektörler ve aralarındaki mesafeler doğru seçildiği sürece, GeV (gigaelectronvolt) mertebesindeki hızlandırıcılarda da tamamen ölçeklenebilirdir.
Haberi Derleyen: Dilara SİPAHİ
KAYNAKÇA:
phys.org/news/2026-05-proton-tool-radiotherapy-energy-treatment.html