Historischer Rückblick

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1 Strahlenphysikalische Methoden in der Medizin Fortschritte in Therapie und Diagnostik K. Poljanc TU-Wien, Atominstitut der Österreichischen Universitäten Historischer Rückblick 1900: Sjögren und Stenbeck: erste Heilung von Hautkrebs mit Röntgenstrahlen 1901: Becquerel Radiumprobe in der Westentasche nach London zu einem Vortrag Hautrötung 1905 ca Hermann Rieder's Therapie-Zentrum, München 1

2 1956: 6 MeV Stanford linac and first treatment Henry Kaplan, the founding father of the linac in the U.S.. The first patient, a boy with retinoblastoma was treated in January Forty years later the boy remains disease free and retains his vision. Kaplan's legacy includes a search for new technologies in cancer therapy, with care toward exacting standards for use. retinoblastoma Zyklotron 9 cm Zyklotron 1930 E.O. Lawrence theoretisch 1932 gemeinsam mit M.S. Livingston experimentell Universität von Kalifornien Berkeley 27 inch Zyklotron; Protonen Energie 80 kev 2

3 Diagnostik Röntgenröhre CT (Computertomographie) MRI (Magnet Resonance Imaging) PET (Positron Emission Tomography) Szintigraphie,... Tumor Jänner 1989 Juli 1991 Jänner 1993 Juni 1993 Knochenmetastasen nach Prostata Ca. Mammographie Molybdänanode mit 0,03 mm Molybdänfilter und 28 kv Aufnahmespannung für die Film- Folien-Aufzeichnung Wolframanode mit einem Aluminiumfilter bei einer Aufnahmespannung von 35 kv. (ungeeignet) 3

4 CT-Prinzip Schichtaufnahmen Bestrahlungsplanung 4

5 PET Verabreichung eines Tracers + + Strahler Lokale Anreicherung im z.b. Gehirn Wismutgemanat Detektoren registrieren Zerfall Computer Ein Kristall: 4 x 8 x 30 mm Detektion von Stoffwechselvorgängen ist möglich Ca. 18 Radiopharmaka in Verwendung; meist: Fluordeoxyglukose (2-deoxy-2-[18F]fluoro-D-glucose) F 1/2 = 109,7 min PET Rekonstruktion 5

6 PET-CT Image Fusion SPECT = transversal transversal sagittal coronar 6

7 Strahlentherapie Therapie mit schnellen Neutronen Brachytherapie Teletherapie Therapie mit Protonen und Ionen FMR I: schnellen Spaltneutronen zur Therapie (100 kev < E < 20 MeV) an den Reaktorkern anschwenkbare Metallplatte, die mit spaltbarem 235 Uran beschichtet ist aus langsamen (= thermischen) Neutronen in der Uranschicht schnelle Neutronen charakteristische Energieverteilung (Spaltspektrum) Neutronenfluss Neutronen/s Photonenfluss 7 x Phot/s Wärmeleistung von 12 kw/h schnelle Spaltneutronen: mittleren Geschwindigkeit von km/s 7

8 Neutronentherapie mit schnellen Spaltneutronen vor nach Therapie Brachytherapie Anwendung umschlossener radioaktiver Quellen Anwendungsformen Kontakttherapie (Kontakt zur Körperoberfläche z.b. in Körperhöhlen), Bestrahlungsgeometrie mit Applikatoren festgelegt Interstitielle Therapie: Strahler in Form von Nadeln, Drähten, Seeds (z.b. 198 Au, 125 I mit kurzen 1/2 oder 137 Cs mit langen 1/2 temporäre Applikatoren, die wieder entfernt werden.) Afterloadinganlagen Lungentumoren Speiseröhrentumore Gynäkologische Tumoren, einschließlich Brusttumoren Kopf-Halsbereich-Tumoren Darmtumor (Enddarm) nur in Ausnahmefällen Tumoren der männlichen Genitalien Weichteiltumoren einschließlich der Haut 8

9 High Dose Rate- Afterloading Prostata-Spickung Intervasculäre Brachytherapie 9

10 Multi Leaf Kollimatoren (MLC) IMRT Medizinischer LINAC: Endenergie 2 20 MV Eindringverhalten in Gewebe Photonentherapie Protonen- und Ionentherapie. 10

11 Therapie mit Protonen und Kohlenstoffionen Heute sowohl Zyklotrone, als auch Synchrotrone, Pläne für Linearbeschleuniger vorhanden Loma Linda Synchrotron, MeV Protonen, gebaut im Fermilab DKFZ Heidelberg: HIT (Heidelberger Ionenstrahl Therapiezentrum Effektiv wirksame RBE Region LET William Lawrence, William Henry Bragg Bragg Maximum RBE 0 RBE 1 Neon Ionen Kohlenstoffionen Protonen Hoch RBE Region vereinfacht Tiefe [cm] 11

12 Vergleich unterschiedlicher Teilchenarten RBE Schnelle Neutronen Ionen Photonen Protonen Selektivität 12