Tıbbi görüntüleme cihazlarını anlatmaya geçen hafta MRI cihazıyla başlamıştım, bu hafta PET, bazen de onun daha gelişmişi olan PET/CT ile devam edeceğim.

Ama bunun için bilim tarihinde biraz geriye gideceğiz.

Öykümüzün bir bölümü, 1928 yılında Amerika’da San Francisco şehri yakınlarındaki California Üniversitesi’nin Berkeley Kampüsünde başlıyor.

Üniversite o yıl büyük bir parçacık fiziği departmanı kurmaya karar vermiştir ve çok parlak fizikçiler işe alınmaktadır. O parlak isimlerden biri Ernest Lawrence adını taşıyordu. (Bir başkası daha sonra ilk atom bombasını yapacak ekibin başına geçecek olan Robert Oppenheimer’di ve ikili çok yakın arkadaştı.)

 

Lawrence boş durmayı çok seven biri değildi, bir yandan da Almanca ve Fransızcasını geliştirmeye çalışıyordu. Bunun için elektrik mühendisliğiyle ilgili bir Almanya bilim dergisini okuyordu.

Orada Norveçli bir mühendisin elektriğin voltajını yükseltmekle ilgili makalesini olurken beyninde bir ışık yandı. Bu ilhamla geliştireceği deney aleti sayesinde kendisi Nobel ödülü alacak, ayrıca çok yeni bir fizik dalının kapılarını da açan insan olacaktı: Yüksek enerji fiziği.

Onun 1928’de geliştiremeye başladığı alete “siklotron” adı veriliyor; bugün CERN’deki devasa hadron çarpıştırıcı dahil bütün parçacık hızlandırıcıların atası bu alet işte.

Lawrence’ın ‘siklotron’u icat etmesinin sebebi şu: Daha birkaç yıl önce İngiltere’de şimdi başında Türk bilim insanı Mete Atatüre’nin olduğu Cambridge Üniversitesi’nin meşhur Cavendish Lab’inde bir başka ‘Ernest’ Yeni Zelandalı fizikçi Rutherford arladaşlarıyla birlikte tarihte ilk kez atomu bölmeyi başarmış. (Evet, Trump yanlış biliyor, atomu bölenler Amerikalı değildi.)

Bunu nasıl yapmış Rutherford? Bazı atomları elektron bombardımanına tutmuş, bu sayede o atomların çekirdeğine ulaşmayı ve çekirdekten proton koparmayı başarmış. Böylece örneğin çekirdeğinde 2 proton olan helyum atomunu tek protonlu hidrojene dönüştürmüş.

Ancak bunu yaparken bir doğal sınırla karşılaşmış: Atom numarası büyüdükçe atomları bölmek zorlaşmış; çünkü hızlandırdığı elektronların enerjisi bu daha fazla protonlu atomların çekirdeğine nüfuz edemiyormuş.

İşte Lawrence’ın amacı elektronların enerjisini arttırmak ve böylece daha büyük atomları da bölmeyi başarmaktı. Siklotronu bunun için icat etti. (Siklotronun nasıl çalıştığını anlatmak bu yazının konusu değil, o yüzden oraya hiç girmiyorum.)

Burada öykümüze kısa bir ara verip yeniden İngiltere’ye dönelim ama yine Cambridge Üniversitesine gittiğimiz halde ve Rutherford’a değil, bir başka büyük fizikçiye, bir nevi dahi olan Paul Dirac’a bakalım.

Kuantum mekaniğinin Werner Heisenberg ve Erwin Schrödinger’le birlikte kurucularından biri olan Paul Dirac’ın fiziğe bir başka büyük katkısı, anti-madde diye bir şeyin varlığını teorik olarak göstermesi. Daha sonra onun teorisi kanıtlandı, bugün dünya anti-madde üzerinde geniş çalışmalar yapıyor.

Bu yazının konusu olan tıbbi görüntüleme cihazı ‘PET’ tarayıcı da zaten anti-madde sayesinde görüntüleme yapıyor.

Burada aynı yıllardan ve aynı laboratuvarlardan bir ismi daha anmam gerekiyor, o da Hans Geiger. Geiger, daha Manchester Üniversitesinden itibaren Ernest Rutherford’la birlikte çalışan, atom çekirdeğinin icadında ve atomun parçalanmasında rol alan önemli bir isimdi. Biz onu bugün radyasyonun miktarını ölçen ‘Geiger Sayaçları’ ile daha çok tanıyoruz.

Ama zaten PET tarayıcı adı verilen tıbbi görüntüleme cihazı da devasa ve çok hassas bir Geiger Sayacı. Yani belki de Hans Geiger’in adını ilk sırada anmalıydım ama az sonra göreceksiniz, onun katkısı çok önemli olmasına rağmen aslında dolaylı. Çünkü ‘PET tarayıcı’ adını verdiğimiz devasa Geiger Sayacı değil esas işi yapan. Esas işi, eğer PET çektirdiyseniz biliyorsunuz, damarınıza verilen o minik sıvı yapıyor bu tarayıcıda.

Diğer bütün tıbbi görüntülemelerde teorik olarak görüntülenmeye elinizi kolunuzu sallaya sallaya ve günün istediğiniz saatinde gidebilirsiniz. Sizi randevu almaya zorlamalarının tek sebebi, önceden planlama yapmak ve birikmeyi önlemektir. Ama PET taramasını öyle yapamazsınız. Mutlaka önceden randevu almalı ve size söylenen saatte dakikası dakikasına orada olmalısınız.

Bunun sebebi, damarınıza verilen o maddede gizlidir, şimdi onu anlatayım.

Damarınıza bir ilaç zerk edildiğini sanıyorsanız yanılıyorsunuz. Aslında size verilen (çoğunlukla) bir şekerli sudur. Ama bu şeker herhangi bir şeker değil elbette. Şeker molekülüne bir korsan atom bağlanmıştır: Flor atomu.

Bu flor atomu, yakınlarda bir yerde olması gereken bir siklotronda atomların hızlandırılması yöntemiyle elde edilmiş bir flor izotopudur, çoğunlukla F-18 adı verilen izotop. Damarınıza verilen maddenin bilimsel adı ‘Fluorodeoxyglucose.’ FDG veya (18F)FDG olarak anılıyor. (PET taraması sırasında, vücudunuzun neresine bakılacağına bağlı olarak başka moleküller ve atomlar da kullanılıyor ama kafa karıştırmamak için onlardan söz etmiyorum.)

Flor atomunun F-18 numaralı izotopu çoğu diğer izotop gibi istikrarsız bir şey, tam olarak 109.8 dakikada bu madde istikrara kavuşup sıradan bir flor atomuna dönüşüyor. Yani, radyoaktif bir madde olarak F-18’in yarı ömrü yaklaşık 110 dakika. 

‘Yarı ömür’ kavramı istatistiki bir yakınsama, 100 tane F-18 aldıysanız 110 dakika sonra bunların sayısı 50’ye düşüyor, yine 110 dakika sonra 25’e ve öyle gidiyor. Bu tıbbi görüntülemede Flor atomunun seçilmesinin sebebi bu yarı ömür kısalığı, yoksa mesela nükleer santrallarda ortaya çıkan plutonyum-239’un yarı ömrü 24 bin yıl.

Size iğneyi yapıp şeker molekülüne bağlanmış F-18’i veriyorlar ve sizden bir süre beklemenizi istiyorlar. Kanınızdaki şekerin tüketileceği yere gitmesi için bekliyorsunuz. 

O sırada F-18 atomları yarı ömürlerini tamamlamaya başlıyor, yan sıradan Dlor atomlarına dönüşüyorlar. Bu dönüşüm sırasında da birer pozitron, yani anti elektron salıveriyorlar.

O anti-elektron gidiyor ve en yakınındaki elektrona çarpıyor. Çarpışma sırasında ikisi birden yok oluyorlar ama ortaya radyasyon çıkıyor. İşte içine girdiğiniz devasa Geiger Sayacı olan PET tarayıcı bu radyasyonları saptıyor, tam nereden geldiğini, hangi organınızın neresinde olduğunu, hangi damarda veya hücrede olduğunu buluyor. Bu bulduklarını da bir bilgisayar yardımıyla hepimizin bakınca anlayacağı bir görüntüye çeviriyor.

Bunu böyle basit bir şeymiş gibi anlatıyorum ama aslında son derece karmaşık, her seviyesinde yüksek bilim gereken bir işlemden söz ediyoruz.

En önemlisi şu: Yarı ömrü 110 dakika olan bir maddeyi buzdolabında biriktiremezsiniz; onu PET taramasından hemen önce üretmelisiniz, yoksa ürününüz zaten havaya uçup gidiyor.

O yüzden PET tarayıcıya mümkün olan en kısa mesafede hem bir siklotron olmalı hem de bu siklotronda ortaya çıkarılan F-18’leri şeker atomlarına bağlayıp bir sıvı haline getirecek tesis.

O yüzden sizin PET tarama randevusuna dakikası dakikasına gitmeniz önemli; çünkü sizin için özel olarak üretiliyor o şekerli su ve siz geç kalırsanız o suyu çöpe atmaktan başka bir çare yok.

Umarım mecbur kalıp PET çektirmek zorunda kalmazsınız ama bu tıbbi görüntüleme teknolojisinin arkasında 20. yüzyılın fizik, bilgisayar ve matematik biliminin bu denli yoğun biçimde rol aldığını bilin istedim.

Hayatımızı kolaylaştırıp güzelleştiren bir şey bilim.