Türk Hızlandırıcı Merkezi Serbest Elektron Lazeri Medikal Uygulama Potansiyeli

1. Türk Hızlandırıcı Merkezi Serbest Elektron Lazeri Medikal Uygulama Potansiyeli Dr. Bayram DEMİR İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ MEDİKAL FİZİK KONGRESİ 14-17 Kasım 2007 Antalya, TÜRKİYE

2. TCDEVLET PLANLAMA TEŞKİLATI YAYGINLAŞTIRILMIŞ ULUSAL VE ULUSLARARASI PROJELER (YUUP) Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM)Turkish Accelerator Center (TAC)

3. DPT-YUUP-TAC Katılımcı Üniversiteler ve Proje Ekibi • 1. Koordinatör: Ankara Üniversitesi Prof. Dr. Ömer YAVAŞ (YUUP Yürütücüsü) • 2. İstanbul Üniversitesi • Prof. Dr. Baki AKKUŞ • 3. Gazi Üniversitesi • Prof. Dr. Saleh SULTANSOY • 4. Boğaziçi Üniversitesi • Prof. Dr. Engin ARIK • 5. Doğuş Üniversitesi • Prof. Dr. F. Şenel BOYDAĞ 6. Uludağ Üniversitesi Doç. Dr. İlhan TAPAN 7. Dumlupınar Üniversitesi Y. Doç. Dr. Hatice Duran YILDIZ) 8. Erciyes Üniversitesi Doç. Dr. İsmail BOZTOSUN 9. Niğde Üniversitesi Dr. Hüsnü AKSAKAL 10.S. Demirel Üniversitesi Doç.Dr.Suat ÖZKORUCUKLU Toplam 86 Araştırmacı

4. Hızlandırıcıların Kullanım Alanları • Parçacık Fiziği • Nükleer Fizik • İkincil Demetler • Nötron Kaynağı • Sinkrotron Işınımı • Serbest Elektron Lazeri • İyon İmplantasyonu • Radyoterapi, Nükleer Tıp, Radyodiagnostik • Malzeme Bilimi • Yarı İletkenler • Gıda da Mühendisliği • Kimya • Biyoloji • Jeoloji • Arkeoloji • Savunma sanayi • Maden Sanayi • Enerji Üretimi • .... • ~250 Alt Alan

5. Sinkrotron Işınımı ve Serbest elektron Lazerin Parlaklığı 4. Nesil (SEL) 3.Nesil (SI)

6. Türk Hızlandırıcı Merkezi (THM)Turkish Accelerator Center (TAC) Bremssrahlung Deney İstasyonu Sinkrotron çevresi 254 metre THM Serbest Elektron Lazeri (SEL) ve Siklotron Işınımı (SI) demet hatlarının şematik görünümü

7. Dünyadaki Sinkrotron Işınımı (SI) Kaynakları

8. Osilator IR SEL

9. Türk Hızlandırıcı Merkezi Kızılötesi Serbest Elektron Merkezi (TAC IR FEL)

10. SI ve SEL Radyasyonları Dalga Boyları 10-3 m-–λ-- 10-8 m

11. Türk Hızlandırıcı Merkezi Kızılötesi Serbest Elektron Lazeri Dalga Boyu (1-100 µm) TAC IR SEL TAC IR FEL

12. TAC FEL Laboratuar Planı ELBE FEL örneği Şekilde elektron demetini optik kavite öncesi, istenilen enerjiye ulaştırmak ve gerekli uzaysal enine kesitlere odaklamak için donatılmış hızlandırma koridoru görülmektedir. Buradan elde edilen demet optik kaviteye alınarak ışınım elde edilir. Işınım aynalar arasında gidip gelmesi sırasında doyum gücüne ulaştığında kaviteden çıkarak kullanıcı laboratuarlarına demet hatları yardımıyla gönderilmektedir.

13. Geleneksel Lazerlere GöreIR- SEL’ in Avantajları • Ayarlanabilir Dalgaboyu • Geniş dalgaboyu aralığı:yakın IR’ den uzak IR bölgesine kadar • Tekrarlanabilir kısa atmalar:ps mertebesinde • Ortalama parlaklığı: 1016 • Yüksek pik gücü:MW mertebesinde • Ortalama güç: ~W

14. Lazer ile Göz Uygulamaları • 20 yıl önce araştırıcılar excimer laserin 0,25 mikron kadar ablasyon (doku kaldırma) yapabildiğini keşfettiler. Bu konudaki ilerlemeler excimer laserin kırma kusurlarını düzeltmekte son derece tutarlı, kontrollü ve güvenilir hale gelmesini sağladı.

15. Lazer ile Göz Uygulamaları • Excimer Laser, arf (argon florür) gazı kullanılarak 193 nm dalga boyunda ultraviole ışık üreten ve korneada yapılması gereken düzeltmeye göre ışını kontrol eden, içinde gelişmiş bir bilgisayar bulunan lazer cihazıdır.

16. Lazer ile Cilt Tedavileri • Prensip olarak bütün cilt hastalıkları lazer ile tedavi edilebilir. Günümüzde en çok aşağıdaki rahatsızlıklarda uygulanmaktadır; • Kapiller Hemanjiom, Telenjektaziler • Kahverengi, siyah ve mor benler • Pigment değişiklikleri • Güneş lekeleri, yaşlılık lekeleri • Siğiller • Kıllanmalar (Lazer Epilasyon ile) • Yaşlanma ile ilgili kırışıklıklar • Dövmelerin silinmesi

17. Lazer ile Cilt Tedavileri • Lazerle cilt yenileme uygun lazer cihazı ile bilgisayar kontrolünde kırışıklıkları gidermek ve cildi tazelemek prensibine dayanır. Bu amaçla karbondioksit (CO2) lazer kullanılmaktadır. Lazerle cilt yenilemede en üstten çok ince bir tabaka kaldırılarak cildin düzleştirilmesi ve aynı zamanda özel bir teknikle kollagen dokunun gerginleştirilmesi sağlanarak kırışıklıklar yok edilir.

18. Dişçilik         Lazerin avantaj ve dezavantajları • Dolguda: Uyuşturucu iğneye ihtiyaç duyulmuyor, ancak gırgır makinesinden daha yavaş çalışıyor. • Hassas dişlerde: Tedavi daha çabuk yapılıyor, ancak her hastaya uygulanamıyor. • Dişetlerine şekil vermede: Kanama olmuyor, ancak dişetleri daha yavaş iyileşiyor. • Kanal tedavisinde: Laser bakterileri öldürüyor, ancak kanal tedavisinin tamamı lazerle yapılamıyor. • Dişlerin beyazlatılmasında: Laser evde kullanılan yöntemlerden daha iyi sonuç veriyor.        

19. Dişçilik • Diş minesinin yeniden mineralize edilmesi veya dişin taç bölgesinin açığa çıkarılması (10 µm), • Diş üzerinde seçilen bölgeden fosforik asid iyonlarının temizlenmesi (9,4 µm)

20. Koroner Arter Hastalığı (KAH) Tedavisi • KAH koroner arter duvarlarında kolesterol ve diğer yağ moleküllerinin plaklar halinde birikmesi ile damarlarda oluşan daralmalardır (ateroskleroz). • Koroner Arter Hastalığı (KAH) Dünyada ölümlerin başta gelen sebebidir. • Sadece Amerika’da 13 milyon kalp hastası vardır.

21. ELCA (Excimer Laser Coronary Angioplasty) 308 nm dalga boylu Xenon Chloride (XeCl) excimer laser ve balon anjiyoplasti ile tedavi edilmiş bir Koroner arter

22. ELCA (Excimer Laser Coronary Angioplasty) 308 nm dalga boylu xenon chloride (XeCl) excimer laser ile tedavi edilmiş bir Koroner arter.

23. KAH Tedavisi İçin Neden Geleneksel Lazer yerine IR FEL ? • Geleneksel lazerler (CO2 gibi) bir çok tıbbi uygulamada etkin şekilde kullanılmalarına rağmen lazerlerin dalga boyları uygulama sırasında hedefin yanı sıra sağlıklı dokuya da zarar verebilmektedir. • Araştırmalar 575, 915, 1210 ve 1720 nm dalga boylarında yağların suya göre çok daha fazla ısındığı ve böylece vücuttaki her hangi bir yağlı tabaka hedef alındığında sağlıklı dokunun daha fazla korunabildiğini göstermiştir. • Bu nedenle IR SEL’in tıbbi uygulamalarında hedef yağlardır.

24. Biyoteknoloji ve Biyomedikal • Foto-termal etkilerle dokuların kesilmesi, foto-mekanik etkilerle sert dokuların kaldırılması (6.45 µm) • FEL ışınlaması öncesi (b) Işınlama sonrası elde edilen tümör

25. Biyoteknoloji ve Biyomedikal • Sinir Cerrahi araştırmaları (6.45 µm) • Örneğin göz siniri zarı tedavisi

26. Vanderbilt Üniversitesinde FEL ile Göz Ameliyatı

27. Vanderbilt Üniversitesinde FEL ile Göz Ameliyatı

28. Vanderbilt Üniversitesinde FEL ile Göz Ameliyatı

29. Molekül Analizleri • “Matrix-Assisted Laser Desorption- İonization Mass Spectroscopy” (MALDI-MS) tekniği ile büyük moleküllerin karakterizasyonu (protein molekülleri, 2,94 µm, IR-MALDI), • Biyolojik örneklerdeki ışınlama etkilerinin çalışılması (3-16 µm),

30. Genetik Araştırmalar • İnsan DNA’sının yapısını ortaya çıkaran GENOM projesinin hızlandırıcılardan elde edilen sinkrotron ışınımı ile çözümlenmesi.

31. Görüntüleme Çalışmaları • İyonize olmayan radyasyon ve yumuşak x-ışınları ile görüntüleme çalışmaları.

32. Dünyadaki IR-FEL Laboratuar Çalışmaları iFEL (Japonya) Örneği 2004 yılına kadar üniversitelere, ulusal laboratuarlara ve özel şirketlere ait araştırma grupları ile işbirliği içerisinde 40 uygulama çalışması gerçekleştirilmiştir. Araştırma alanlarında makine çalışma süresi; • Biyomedikal uygulamalar60% • Yarıiletken araştırmaları 24% • Fotokimya 8%

33. TÜRK FİZİK DERNEĞİNİN KATKILARI ile ULUSAL PARÇACIK HIZLANDIRICILARI ve UYGULAMALARI KONGRELERİUPHUK-I, 2001, AnkaraUPHUK-II, 2004, AnkaraUPHUK-III, 2007, Bodrum’da gerçekleştirildi.

34. YUUP-TAC projesi Kapsamında Ankara-Gölbaşında Ankara Üniversitesi Ankara Üniversitesi-Gölbaşı Yerleşkesinde Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü (HTE) • Hızlandırıcı Teknolojileri ve Uygulamaları Ana Bilim Dalı • Hızlandırıcı Fiziği Bilim Dalı • Işınım Kaynakları ve Uygulamaları Bilim Dalı • Dedektör ve Veri İşleme Teknolojileri Bilim Dalları kurulacaktır.

35. Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü (HTE) Yüksek Lisans ve Doktora programlarından Yüksek Enerji Fiziği, Nükleer Fizik, Bioteknoloji, Sağlık gibi alanlarda ülkemiz ihtiyacı olan uzmanların yetiştirilmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca HTE, yaptıkları araştırmalarla ilgili olarak parçacık hızlandırıcılarını kullanmak durumunda olan Fakülteler, Fen Bilimleri, Sağlık Bilimleri, Biyoteknoloji, Nükleer Bilimler ve Teknolojileri Enstitülerinin ihtiyaç duyacakları disiplinler arası eğitim ve araştırma için önemli bir rol üstlenmiş olacaktır.

36. SONUÇ • TAC Projesi ile; Paracık Hızlandırıcıları konusunda A.B.D.nin 1930 larda, A.B. nin 1954 te (CERN), Almanyanın 1959 da (DESY), Japonyanın 1962 de (KEK) attığı ilk adımı, ülkemiz bu proje ile ~50 yıl sonra da olsa atmış olacaktır.

37. Kaynaklar • http://www.bilge.science.ankara.edu.tr • TÜRK HIZLANDIRICI MERKEZİ FİZİBİLİTE RAPORU, “Sinkrotron Işınımı ve Serbest Elektron Lazeri Kullanımı İçin Genel Tasarım, DPT2003K-1201906-5 No.lu Proje Sonucu Raporu (http://bilge.science.ankara.edu.tr/) • KARSLI, Ö., 2006. Hızlandırıcılara Dayalı Kızıl Ötesi Serbest Elektron Lazeri (IR-FEL) Optimizasyonu. Yüksek Lisans Tezi. • http://www.lure.u-psud.fr/clio.htm • http://www.fel.eng.osaka-u.ac.jp • http://www.lure.u-psud.fr/clio.htm

38. Kaynaklar • P. Shea et al., Free-Electron Lasers: Status and Applications.Science. Vol.292:1853-1858, (2001). • S.Y.Suzuki et al., Proceedings of the FEL 2004 Conference, Trieste, 692-694 (2004). • G.S. Edwards et al., Applications of Free Electron Lasers in the Biological and Material Science. • G.S. Edwards et al., Free Electron Laser based Biophysical and Biomedical Instrumentation. • S. Krishnagopal et al., Free- Electron Lasers: Current Science, Vol. 87, No.8, 2004 • Couprie, M.-E. et. al. 2000. Free-electron lasers sources for scientific applications. Analusis, 28, 725-736. • S.Satoh et al., Proceedings of the FEL 2004 Conference, Trieste, 695-698 (2004).

39. Teşekkürler…