1 Inhalt Brachytherapie Dr. rer. nat. Dipl. Phys. C. Melchert Brachytherapie? Atommodell α Zerfall Geschichte des Radiums Afterloading mit 192 Ir Brachytherapie: Seed-Implantation und Ruthenium-Augenkalotten 2 Brachytherapie: Was bedeuted das? 3 Geschichte 4 Brachy: griechisch sowohl zeitlich als auch räumlich KURZ hierbei wird eine kleine radioaktive Quelle direkt in oder an das Tumorbett gelegt. Zerstörung der noch vorhandenen Tumorzellen 1895 Entdeckung der Röntgenstrahlung durch W.C.Röntgen 1896 Entdeckung der Radioaktivität durch H.Becquerel, Uranmineral 1898 Entdeckung eines neuen radioaktives Elements: RADIUM Dieses wurde von Marie und Pierre Curie am 26.12.1898 auf dem Treffen der "Academy of Science" vorgestellt. Geschichte: Woher kommt das Radium? 5 Bohr-Sommerfeld'sches Atommodell 1915/16 6 Warum strahlt das Radium? Warum gibt es überhaupt strahlende chemische Elemente? K- L- M- Schale Was ist das für eine Strahlung? Atomaufbau? 28 Si Ordnungszahl 14 Massezahl 28 1
Das Atom; Beispiel: Helium 7 Der Atomkern 8 Elektronenhülle trägt die positive elektrische Ladung Atomkern liefert fast die gesamte Masse des Atoms besteht aus Nukleonen 10-12 m 10-10 m 4 He 2 Ordnungszahl 2 Massezahl 4 Protonen Neutronen Periodensystem der Elemente 9 Periodensystem der Elemente 10 Anzahl der Protonen = Ordnungszahl Ort im Periodensystem der Elemente chemischen Eigenschaften Anzahl der Neutronen kann für ein Element verschieden sein Isotope haben den gleichen Ort im Periodensystem Isotope -Zerfall (1896) 12 -Teilchen (He-Kern) wird aus dem Kern geschleudert Massenzahl sinkt um 4 Ordnungszahl sinkt um 2 Wasserstoff 1 H Deuterium 2 H Tritium 3 H Häufigste Zerfallsart der natürlichen Radionuklide 2
Geschichte: Woher kommt Radium? Zerfallsreihe: vom Uran zum Blei 13 Zerfallsreihe 238 U 14 Uran: 92 Protonen und 146 Neutronen (+54) 238 U 226 Ra: 88 p und 138 n 222 Rn: 86 p und 136 n radioaktives Edelgas 0,2 µs 1,5 s 3 min 20 min 27 min 4 d 1,6 10 3 a 206 Pb: 82 p und 124 n Gammaspektrum des Radiums 15 Geschichte 16 Geschichte: Radium Girls 17 Geschichte: Radium Girls 18 Fabrikarbeiterinnen bemalten Ziffernblätter von Uhren mit Leuchtfarbe von 1917 bis 1926. Fa. United States Radium Corporation Orange, New Jersey, USA 3
Radium als Wundermittel Radiumprodukte 20 Radiumprodukte Radiumprodukte 21 22 Geschichte Erste Erkenntnisse über Gesundheitsschäden: 1924 USA Dr. Blum (Zahnarzt): "Radium-Kiefer bei Ziffernblattmalerinnen 1925 USA Dr. F:L: Hoffman (Statistiker): 5 Tote, 12 lebende Ziffernblattmalerinnen mit Krebs und resistenten Infektionen am Kiefer 1933 USA Evans veröffentlicht ein Paper über Radiumvergiftung 23 Geschichte 1898 Entdeckung der natürlichen Radioaktivität des Radiums durch Marie und Pierre Curie Radiumstrahlen sind viel energiereicher als Röntgenstrahlen Dringen tief ins Gewebe ein Herstellung industriell möglich Strahlung ohne Stromquelle Sehr lange Halbwertszeit: 1620 a Geeignet zur Brachytherapie in Körperhöhlen Gynäkologische Bestrahlungen 24 4
Geschichte 25 Geschichte 26 1913 1914 Einführung der Radiumbestrahlung Radiumnadeln aus Kleinraumbestrahlung mit Radium (Gynäkologie) Vorläufer der heutigen Brachytherapie Einlegen von Radiumnadeln Stahl oder Platin wurden für bestimmte Zeit in den Tumor gelegt Geschichte Energien: 1 = 4,78 MeV (94,5%) 2 = 4,60 MeV (5,5%) Energien: 12 Gamma Energielinien => 2 mittlere Energien: 0,55 MeV und 1,65 MeV => hoher Aufwand bzgl. des Strahlenschutzes 27 Durchdringungsvermögen von -,, und -Strahlung Biologische Wirkung Ionisierungsdichte Linearer - Energie - Transfer Biologische Wirkung Ionisationsdichte Locker ionisierende Strahlung Röntgen-, -Strahlung Dicht ionisierende Strahlung Protonen-, -Strahlung 5
Biologische Wirkung Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie z. B.: mit Wasser Brachytherapie Afterloading 32 Intensitätsmodulierte Brachytherapie Volumenoptimierung nicht möglich Radium 226 LDR Ir-192 lineare Strahler HDR Ir 192 stepping source Intensitätsmodulierte Brachytherapie (IMBT) Volumenoptimierung möglich 33 Quelle für die Brachytherapie Anforderungen an die radioaktive Quelle Hohe spezifische Aktivität Kleine Quelle mit guter Dosisleistung Heute: 192 Ir ß - -Zerfall zu 192 Pt (85%) K-Einfang zu 192 Os (15%) Halbwertszeit 73,8 Tage 19 Gammalinien Mittlere Energie = 375 kev Abmessungen: Ø = 0,5 mm und h = 3,5 mm Quelle für die Brachytherapie 35 Quelle für die Brachytherapie Energie / MeV 36 6
- -Zerfall (1896) Kerne mit Neutronenüberschuss durch Spaltung schwerer Kerne durch Neutronenbeschuss Umwandlung eines Neutrons in ein Proton Massenzahl bleibt konstant Ordnungszahl steigt um 1 K-Einfang (1937) Kerne mit Protonenüberschuss Einfang eines Hüllenelektrons durch den Kern Umwandlung eines Protons in ein Neutron Massenzahl bleibt konstant Ordnungszahl sinkt um 1 Röntgenstrahlung wird abgegeben 37 38 Quelle für die Brachytherapie Dosisabfall 192 Ir-Quelle 5 3,5 39 D = 1 rel. Einh. 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 5 10 15 20 25 30 r = 30 cm 40 Linearbeschleuniger Dosisabfall Linearbeschleuniger D = 1 rel. Einh. r = 30 cm 41 42 7
Vorteil: Hoher Dosisgradient bei der Brachytherapie durch die Quellennähe => Dosisoptimierung durch Geometrie der Nadelplatzierung => Schonung nahegelegener Risikoorgane Brachytherapie 44 43 Brachytherapie Moulagen: Kontakttherapie intrakavitäre BT: 192 Ir gynäkologische Tumore bronchiale Tumore interstitielle BT: 192 Ir über Implantate Moulagen 45 46 Moulagen Kontakttherapie Moulagen Kontakttherapie 47 48 8
Moulagen Kontakttherapie Brachytherapie: Bronchus 49 50 Brachytherapie: Bronchus Brachytherapie: Bronchus 51 52 Vaginale Brachytherapie: Corpus Vaginale Brachytherapie: Corpus 53 54 9
Vaginale Brachytherapie: Corpus Vaginale Brachytherapie: Corpus 55 56 Vaginale Brachytherapie: Corpus Vaginale Brachytherapie: Cervix Eileiter Gebärmutter Eierstock Gebärmutterhals innerer Muttermund äußerer Muttermund Vagina 57 58 Vaginale Brachytherapie: Cervix Ring-Stift-Applikator Vaginale Brachytherapie: Cervix Ring-Stift-Applikator 59 60 10
Vaginale Brachytherapie: Cervix Vaginale Brachytherapie: Martinez 61 62 Spickungen verschiedener Organe Beispiele: Prostata Thoraxwand Mamma Mundboden Schädel Prostata: Spickung Blase Template 63 Rektum Schallkopf 64 Prostata: Spickung Prostata: Spickung 65 66 11
Prostata: Spickung Prostata: Seedimplantation (LDR) 67 68 Prostata: Seedimplantation (LDR) Prostata: Seedimplantation (LDR) Iod -125, 125 I Halbwertszeit, t ½ : 60,25 d Gamma - Energie: 35 kev 69 70 Brachytherapie: Mammaspickung Thoraxwand 71 72 12
Brachytherapie: Mammaspickung Brachytherapie: Mammaspickung 73 74 Brachytherapie: Mammaspickung Brachytherapie: Mammaspickung März 2008 / 75 75 76 Brachytherapie: Mammaspickung Brachytherapie: Mammaspickung Vor der IMBT 4 Jahre nach IMBT 77 März 2008 / 78 78 13
HNO Zungengrund HNO Zungengrund 79 80 HNO Zungengrund Orbita 81 82 Orbita Nasopharynx 83 84 14
Nasopharynx Nasopharynx 85 86 Nasennebenhöhle Nasennebenhöhle 87 88 Nasennebenhöhle Brachytherapie Ruthenium Augenkalotten gegen Aderhautmelanome Personal hat direkten Kontakt mit der radioaktiven Quelle 89 90 15
Manuelle Applikation: Ruthenium Augenkalotten Ruthenium Augenkalotten 106 Ruthenium hartes weißes Metall ß -_ Zerfall Energie = 3,54 MeV 91 92 Ruthenium Augenkalotten Produktbeschreibung 44 Ruthenium -106 45 Rhodium 106 - -Zerfall - -Zerfall Kontaktstrahlenquelle zur Behandlung von Augentumoren Ru-106 Augenapplikatoren sind umschlossene radioaktive Stoffe Kapselmaterial: Reinstsilber; 960,8 C SP 93 94 Ruthenium Augenkalotten 95 Anatomie des Auges 96 16
Ruthenium Augenkalotten 97 Ruthenium Augenkalotten 98 Aderhautmelanom GTV und CTV eines Aderhautmelanoms Dosisverteilung Ruthenium Augenkalotten 99 Ruthenium Augenkalotten 100 3D Bestrahlungsplanung 17