Jedes Jahr erkranken in Deutschland etwa 350.000 Menschen an Krebs. Nur bei etwa 50 % aller Patienten kann eine Heilung erzielt werden, und allein 1999 starben über 210.800 Menschen in der BRD an den Folgen einer Tumorerkrankung. Somit ist Krebs in den westlichen Industrienationen die zweithäufigste Todesursache nach Herz – Kreislauferkrankungen. Nach Einschätzung von Experten wird die Zahl der Krebskranken in Deutschland künftig pro Jahr um 6.000 steigen. So werden Tumorerkrankungen in etwa 10 Jahren an der Spitze der Todesursachenstatistik stehen.
Unter dem Oberbegriff Krebs werden eine Vielzahl von Erkrankungen zusammengefasst, die auf unkontrolliertes Zellwachstum zurückzuführen sind. Im Normalfall wird das Zellwachstum durch eine Reihe spezifischer Gene, sogenannte Onkogene, kontrolliert, die das zelluläre Wachstum stoppen, sobald ein Organ seine normale Größe erreicht hat. Kommt es in einer Zelle zu einer irreparablen Schädigung der Onkogene und wird diese defekte Zelle durch das Immunsystem nicht ausgeschaltet, tritt eine unkontrollierte Teilung auf: ein Tumor wächst. Mit zunehmendem Alter nimmt die Effektivität des Immunsystems ab. Da sich die Lebenserwartung in Deutschland in den letzten 150 Jahren verdoppelt hat und so der Bevölkerungsanteil alter Menschen zunimmt, kommt es zu dem oben erwähnten Anstieg von Tumorerkrankungen.
Inhaltsverzeichnis
1. Tumorerkrankungen und –behandlung
1.1 Krebsstatistik in Deutschland
1.2 Therapieansätze
1.3 Protonentherapie
2. Wechselwirkung von Protonen mit Gewebe
2.1 Dosimetrische Grundlagen
2.2 Die Tiefendosiskurve beschleunigter Ionen in Materie
2.3 Biologische Wirkung von Protonenstrahlung
2.3.1 Deterministische Wirkungen
2.3.2 Stochastische Wirkungen
3. Tumortherapie mit Protonen
3.1 Vorteile der Tumortherapie gegenüber der Therapie mit Röntgenstrahlen
3.2 Ablauf einer Tumortherapie mit Protonen
4. Beschreibung der vorhandenen Geräte und Einrichtungen
4.1 Tandem – van – de – Graaff Beschleuniger
4.2 Senkrechtstrahlplatz
4.2.1 Senkrechter Strahl
4.2.2 Strahlaufweitung
4.2.3 Strahlüberwachung
4.3 Messgeräte
4.3.1 Markuskammer (PTW 23343)
4.3.2 Monitorkammern (PTW 7862)
4.3.3 PTW Unidos – Universaldosimeter (PTW 10001)
4.3.4 Der Monitordetektor
5. Doppelte Dosimetrie mit zwei Monitorkammern
5.1 Versuchsaufbau und verwendete Geräte
5.2 Messung des Strahlprofils
5.3 Vermessung der Tiefendosiskurven in drei Kammern
5.4 Protonenflussmessung mit den Monitorkammern
5.4.1 Vorüberlegungen
5.4.2 Experimentelle Bestimmung des LTF – Faktors
5.4.3 Abschätzung des Einflusses der Form des Strahlprofils
5.4.4 Untersuchung des Zeitverhaltens des LTF – Faktors
6. Entwicklung einer Prozedur zur Bestrahlungskontrolle mit den Monitorkammern
6.1Einstellungen des Tandembeschleunigers
6.2 Aufbau des Dosismonitorsystems
6.3 Äußere Messbedingungen
6.4 Bestimmung der Stopping – Power im Target
6.5 Bestimmung des LTF – Faktors
6.6 Vorbereitung der Bestrahlung
6.7 Zusammenfassung
7. Bestrahlung von Zellproben
8. Zusammenfassung der Ergebnisse
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung und Erprobung einer Prozedur zur Bestrahlungskontrolle bei der Tumortherapie mit Protonen am Tandembeschleuniger in Garching. Die Forschungsfrage fokussiert sich darauf, wie durch den Einsatz einer simultanen Dosimetrie mit zwei Ionisationskammern eine sichere und exakte Dosisapplikation gewährleistet werden kann, um den Anforderungen an moderne medizinische Bestrahlungseinrichtungen gerecht zu werden.
- Dosimetrische Charakterisierung von Protonenstrahlen
- Entwicklung eines Dosismonitorsystems mit zwei Monitorkammern
- Untersuchung von Einflüssen wie dem Strahlprofil und zeitlichem Verhalten der Detektoren
- Erstellung einer standardisierten Bestrahlungsprozedur zur Qualitätssicherung
Auszug aus dem Buch
4.1 Tandem – van – de – Graaff Beschleuniger
Die vorliegende Arbeit wurde im Maier – Leibnitz – Laboratorium in Garching bei München angefertigt. Dieses gemeinsame Beschleunigerlaboratorium der Ludwig – Maximilans – Universität und der Technischen Universität München wurde 1971 in Betrieb genommen.
Das zentrale Gerät ist der Tandem – van – de – Graaff Beschleuniger. Er befindet sich in einem 25 m langen Drucktank, der mit SF6 befüllt ist. Dieses isolierende Gas ermöglicht den Aufbau hoher Potentialdifferenzen, die beim Münchner Tandembeschleuniger 15 MV erreichen können. Die Potentialdifferenz wird mittels eines van – de – Graaff Generators elektrostatisch erzeugt, die Aufladung erfolgt durch mit Geschwindigkeiten von etwa 30 bis 40 km/h umlaufende Ladeketten.
Verschiedene Quellen ermöglichen das Experimentieren mit unterschiedlichen Ionenarten von Protonen bis hin zum Blei. Da sich die vorliegende Arbeit auf die Wirkung von Protonen bezieht, werden schwerere Ionen an dieser Stelle nicht besprochen. In der Protonenquelle werden aus einem Wasserstoffgas zunächst negativ geladene Wasserstoffionen H- erzeugt. Nach einer Vorbeschleunigung in der Ionenquelle wird der H- - Strahl in den Tandembeschleuniger eingespeist. Die negativ geladenen Ionen werden im Potential auf das zentral gelegene Terminal hin beschleunigt. Dort passieren sie eine hauchdünne Stripperfolie aus Kohlenstoff, die die beiden Elektronen abstreift. Die nunmehr positiv geladenen Protonen erfahren abermals eine Beschleunigung im Potentialgefälle.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Tumorerkrankungen und –behandlung: Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die Krebsstatistik in Deutschland und die drei Grundpfeiler der modernen Krebstherapie: Operation, Strahlenbehandlung und medikamentöse Therapie.
2. Wechselwirkung von Protonen mit Gewebe: Hier werden die physikalischen Grundlagen der Protonen-Dosimetrie, die Bragg-Peak-Charakteristik sowie die biologischen Wirkmechanismen von Protonenstrahlung auf lebendes Gewebe erörtert.
3. Tumortherapie mit Protonen: Das Kapitel vergleicht die Vorteile der Protonentherapie gegenüber der herkömmlichen Röntgentherapie und erläutert den klinischen Ablauf sowie moderne Rasterscanning-Verfahren.
4. Beschreibung der vorhandenen Geräte und Einrichtungen: Hier werden der Garchinger Tandembeschleuniger, der Senkrechtstrahlplatz sowie die verwendeten Messinstrumente wie die Markuskammer und Monitorkammern technisch detailliert beschrieben.
5. Doppelte Dosimetrie mit zwei Monitorkammern: Dieser Abschnitt befasst sich mit dem experimentellen Aufbau zur simultanen Dosimetrie, der Vermessung von Strahlprofilen und der Bestimmung spezifischer Kalibrationsfaktoren (LTF).
6. Entwicklung einer Prozedur zur Bestrahlungskontrolle mit den Monitorkammern: Dieses Kapitel leitet aus den experimentellen Ergebnissen eine klare, schrittweise Anleitung für den sicheren Betrieb des Bestrahlungsplatzes ab.
7. Bestrahlung von Zellproben: Hier wird die Praxistauglichkeit der entwickelten Prozedur anhand der Bestrahlung von biologischen Zellproben unter realen Bedingungen validiert.
8. Zusammenfassung der Ergebnisse: Die Arbeit schließt mit einer Bewertung der Sicherheitsanforderungen und der Feststellung, dass die entwickelte Methode die angestrebte Genauigkeit der Dosimetrie erfüllt.
Schlüsselwörter
Protonentherapie, Dosimetrie, Tandembeschleuniger, Ionisationskammer, Bragg-Peak, Bestrahlungskontrolle, Strahlenbiologie, Qualitätskontrolle, Strahlprofil, Stopping Power, Radioonkologie, Monitorkammer, Markuskammer, Strahlenschutz.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit behandelt die Vorbereitung und sicherheitstechnische Absicherung eines Bestrahlungsplatzes für die Protonentherapie von Hauttumoren am Tandembeschleuniger in Garching.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen umfassen die physikalischen Wechselwirkungen von Protonen mit Gewebe, die experimentelle Dosimetrie unter Verwendung von Ionisationskammern und die Implementierung einer normgerechten Bestrahlungskontrolle.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist die Entwicklung einer methodischen Prozedur zur Überwachung der applizierten Dosis mittels zweier redundanter Monitorkammern, um die Patientensicherheit bei Bestrahlungen am Senkrechtstrahlplatz zu gewährleisten.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden experimentelle Messreihen an einem physikalischen Bestrahlungsplatz durchgeführt, kombiniert mit theoretischen Berechnungen auf Basis der Bethe-Bloch-Formel zur Ermittlung von Stopping-Power und Fluenzkorrekturfaktoren.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die apparative Beschreibung des Beschleunigers und der Detektoren, die detaillierte Messung der Strahlparameter sowie die anschließende Entwicklung und Validierung einer verbindlichen Bestrahlungsprozedur.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich am besten durch Begriffe wie Protonentherapie, Dosimetrie, Ionisationskammern, Strahlprofil, Qualitätssicherung und Sicherheitsnormen charakterisieren.
Warum ist das "Wobblingsystem" für den Strahl so wichtig?
Das Wobblingsystem wird eingesetzt, um den Protonenstrahl senkrecht zur Ablenkrichtung oszillieren zu lassen, wodurch über die bestrahlte Fläche ein deutlich homogenerer Teilchenstrom erreicht wird als bei statischen Strahlen.
Welche Rolle spielt die Zeitabhängigkeit bei der Dosimetrie?
Es wurde festgestellt, dass der Kalibrationsfaktor für kurze Bestrahlungszeiten instabil ist, da sich die Potentialverhältnisse im Detektor erst stabilisieren müssen; daher sind Bestrahlungszeiten von über 30 Sekunden für eine präzise Dosimetrie erforderlich.
- Quote paper
- Sonja Froschauer (Author), 2002, Vorbereitung eines Bestrahlungsplatzes für die Behandlung von Hauttumoren mit Protonen am Tandembeschleuniger Garching, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/4642
