Strahlentherapie. Julia Tissen. Johannes Gutenberg Universität Mainz

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1 Strahlentherapie Julia Tissen Seminar zum Physikalischen Praktikum für Fortgeschrittene Johannes Gutenberg Universität Mainz Strahlentherapie wird zur Tumorbekämpfung eingesetzt, wobei ionisierende Strahlung verwendet wird. Die eingesetzte Strahlung ist imstande die DNA der Krebszellen so weit zu schädigen, dass diese absterben. Definition von Krebs - krankhafte Veränderungen von Zellen - Krebszellen vermehren sich unkontrolliert - verdrängen das umliegende gesunde Gewebe - mögliche Bildung von Metastasen (Tochtergeschwüre) - Apoptose, fehlen des programmierten Zelltods Strahlungsarten Es wird bestrahlt unter anderem mit Photonen, Elektronen, Protonen oder schweren Ionen. Abbildung 1: Verlauf verschiedener Strahlen im Gewebe Photonen und Elektronen - Dosismaximum knapp unter der Haut - gesunde Gewebe mehr bestrahlt im Vergleich zum Tumor - Lösung ist die Vielfeldmethode, d.h. Bestrahlung aus mehreren Richtungen, so dass eine Dosis-Überlagerung im Tumor stattfindet

2 Protonen und schwere Ionen - Eintritt ins Gewebe mit niedrigen LET (Linearer EnergieTransfer, entspricht der Energiedeposition) - Bragg-Peak - hinter dem Peak keine Dosis mehr - um den ganzen Tumor zu bestrahlen, wird die Energie des Strahls variiert Bragg- Plateau - schwere Ionen besitzen im Vergleich zu den Protonenstrahlen höhere biologische Wirksamkeit, somit ist ihr Bragg-Peak größer und aufgrund der Fragmentation der abgebremsten Ionen entsteht ein Energieschwänzchen Erzeugung von Strahlen - Elektronen werden in einem Linearbeschleuniger fast auf die Lichtgeschwindigkeit gebracht - Strahlaufstreuung durch dünne Streufolie - Photonen entstehen, wenn ein Target vor den Elektronenstrahl positioniert wird - Ausgleichskörper sorgt für eine homogene Tiefendosisverteilung - eine Blende legt die Ausdehnung des Strahls fest - Protonen werden in einem Zyklotron auf 60 % der Lichtgeschwindigkeit gebracht - ESS: Energy- Selection-System, Keilkörper aus Kohlenstoff im Strahlengang, um gewünschte Eindringtiefe zu erzielen - schwere Ionen werden in einem Linearbeschleuniger und anschließend in einem Synchrotron beschleunigt Strahlenwirkung Man unterscheidet zwischen der direkten und indirekten Strahlenwirkung. Direkte Strahlenwirkung - direkte Ionisation eines DNA-Moleküls R R.+ + e - - Radikale rekombinieren oder reagieren mit anderen Radikalen - untergeordnete Rolle Indirekte Strahlenwirkung - Radiolyse der Wassermoleküle - wichtigstes Radikal OH., dieses greift die DNA an Bestrahlungstechniken Scattering-Technik - Formung des Protonenstrahls mit anmodellierten Schablonen, welche zwischen Tumor und Strahl positioniert werden - angewandt z.bsp. in Loma Linda / USA

3 Rasterscan-Vefahren Abbildung 2: Rasterscan-Verfahren - 3 dimensionale Darstellung des Tumors wird im Rechner in 1 mm dicke Scheiben geschnitten und bestrahlt - 2 Magneten lenken den Strahl - Eindringtiefe des Strahls wird durch Variation seiner Energie gesteuert Bestrahlungsplanung Fraktionierung - Bestrahlung des Tumors in mehreren Sitzungen, damit sich Gewebe wieder regenerieren kann - nutzt die Tatsache, dass die Tumorzellen sich nicht so schnell reparieren können wie die gesunden Zellen (siehe dazu Abbildung 3)

4 Abbildung 3: Fraktionierung Vorteile und Nachteile Elektronen und Photonen + Bestrahlung von nicht scharf umgrenzten Tumoren + mehr Standorte + kostengünstiger - starke Schädigung des gesunden Gewebes, somit mögliche Ursache für weitere Tumore Protonen und schwere Ionen + Bestrahlung in Nähe empfindlicher Organe + präzisere Dosisapplikation + geringere Anzahl an Bestrahlungssitzungen - wenige Standorte Kombinationstherapie Chemotherapie - richtet sich gegen alle Tumorzellen, die nicht durch lokale Methoden erfasst werden (Metastasen) - kann Strahlungsempfinglichkeit von Krebszellen erhöhen Bestrahlung plus Operation - präoperative Bestrahlung: zur geometrischen Verkleinerung des Tumors - postoperative Bestrahlung: wenn mögliche Tumorzellen nicht erfasst werden konnten Jede Therapiemethode mit einer anderen kombinierbar, individuell angepasst Steigerung der Heilwirkung

5 Quellen: Physikalische und strahlenbiologische Messungen zur Strahlentherapie mit Protonen, Diplomarbeit Miriam Fritsch, August 1996 Universität Erlangen - Spot-Scanning mit Protonen: Experimentelle Resultate und Therapieplanung, Doktorarbeit Stefan Scheib, 1993 Universität Karlsruhe - Protonentherapie Neue Chance bei Krebs von Hans Rinecker