Różnica między fotonem „X” a protonem „P”
- Promieniowanie fotonowe "X"
- ► Promieniowanie protonowe "P"
- Przykłady różnicy rozkładu dawki przy zastosowaniu fotonów „X“ lub protonów„P“
Fizykalne właściwości promieniowania protonowego „P”
Promieniowanie protonowe to nie światło ani fala elektromagnetyczna czyli nie „wiatr”. Protony w przeciwieństwie do fali elektromagnetycznej promieniowania „X“ mają masę, czyli ciężar.
Jeśli pustą ręką zamachniemy się w powietrzu to wywołamy jedynie ruch powietrza, czyli „wiatr”. Jeśli jednak do ręki weźmiemy kamień i wyrzucimy go przed siebie to człowiek stojący w linii rzutu narażony jest nie tylko na „wiatr”ale także na bolesne uderzenie lecącym przedmiotem.
Lot kamienia nie jest nieograniczony. Zależy on od energii, od siły naszych mięśni, od szybkości jaką mu nadamy. Chcąc trafić kamieniem w przeciwnika należy mu nadać energię właściwą do odległości, którą ma pokonać. Chcąc przeciwnika tylko przestraszyć przerzucając kamień nad jego głową nadamy mu więcej energii, czyli szybkości. Wybierając inne taktyczne rozwiązanie, by przestraszyć przeciwnika spadającym przed nim kamieniem, nadamy mu mniej energii, czyli szybkości. Kamień spadnie wtedy przed nim na ziemię. W taki bardzo uproszczony sposób wyjaśnić można wędrówkę protonów przez ciało pacjenta.
Rys.1
W przeciwieństwie do wiązki konwencjonalnych, fotonowych promieni „X“, wiązkę protonów można bardzo precyzyjnie aplikować w miejsce dotknięte nowotworem, ponieważ da się bardzo dokładnie kontrolować zasięg ich przebiegu. Ten fakt stanowi zasadniczą różnicę pomiędzy właściwościami fizykalnymi fal elektromagnetycznych, które nie posiadają masy, czyli ciężaru (promienie fotonowe „X“) i naładowanych cząstek (protony „P“), które masę, czyli ciężar posiadają (rys. 2).
Protony wykorzystywane do terapii nowotworów to jądra atomów wodoru. Atomy wodoru nie posiadają w swojej budowie neutronów, typowych elementów składowych innych atomów. Posiadają jednak, w przeciwieństwie do fal elektromagnetycznych promieni „X” ciężar, czyli masę. Aby wykorzystać je do terapii, protony muszą być rozpędzone do 60% prędkości światła (180 000 km/s, energia kinetyczna 250 MeV) przez specjalne wirówki, tzw. cyklotrony lub synchrotrony. Z tą szybkością mogą one przeniknąć do ciała pacjenta na głębokość ok. 38 cm. Na początku swojej drogi oddają one stosunkowo niewielkie ilości energii do tzw. chmur elektronowych tkanek, przez które przechodzą (wywołując niski stopień jonizacji tkanek zdrowych). Proces ten jednak je spowalnia (rys. 1).
Rys.2
Im wolniejsze stają się cząsteczki protonów, tym wyższa jest energia, którą przekazują tkankom. Na końcu ich drogi dochodzi do tzw. „efektu hamowania“. Ta „droga hamowania” wynosi 1-4 mm i mieści się już w chorej nowotworowo tkance. Hamowanie wyzwala „eksplozję energii“ nazywaną szczytem (pikiem) Bragga. W przeciwieństwie do promieniowania „X” obciążenie zdrowych tkanek, znajdujących się na drodze protonów w kierunku zmiany nowotworowej, jest zdecydowanie mniejsze. Ponadto, za guzem, dzięki efektowi wyhamowania w nim protonów, nie dochodzi do obciążenia zdrowych tkanek.
Miejsce w którym protony powinny wyhamować i oddać swoją energię wyznacza się na planie naświetlania. Z tego planu wynika na jaką głębokość do zmiany chorobowej pacjenta należy je wysłać. Chcąc wywołać ich „eksplozję” na głębokości 15 cm nadaje im się mniejszą szybkość (energię) niż gdyby to miało nastąpić na głębokości 20 cm. Dzięki takiej modulacji prędkości cząstek, można naświetlać nowotwór „trójwymiarowo“ z bardzo dużą precyzją.
Równocześnie znacznie poprawia się stosunek „dobrego, leczniczego promieniowania“ do „promieniowania szkodliwego“.