Strahlenphysik, Medizinische Anwendungen
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Strahlenphysik Medizinische Anwendungen K. Poljanc Atominstitut der Österreichischen Universitäten, TU-Wien [email protected], Tel: +43 1 58801 141 91 www.ati.ac.at k.poljanc Physik der ionisierenden Strahlung Atom Æ Elektron wird abgelöst Ionisationsenergie typische Werte sind 10eV (Elektronenvolt), was der aufgenommenen Energie für ein Elektron beim Durchlaufen einer Beschleunigungsspannung von nur 10V entspricht. Protonenmasse ~ Neutronenmasse Protonenmasse ~ 2000 x Elektronenmasse k.poljanc Themenschwerpunkte Diagnostik Nuklearmedizin Strahlentherapie Brachytherapie Konventionelle Strahlentherapie mit Photonen und Elektronen (Tele-Therapie) Protonen- und Ionentherapie k.poljanc Conrad Wilhelm Röntgen V A K k.poljanc Ziele der Diagnostik Verringerung der Patientendosis bei gleicher diagnostischer Fragestellung und gleicher Qualität Analog (Film), digital (Bildplatte) Verknüpfung mehrer diagnostischer Verfahren (CT, MR, PET, US, ...) Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung Reduktion des Datenmaterials (Hardcopy, File) .... k.poljanc Röntgendiagnostische Anwendungen, Klassische Verfahren Analoge und digitale Bildverarbeitung Durchleuchtung Angiographie Optimierte Mammographie Röntgencomputertomographie (Dichteverteilung des Gewebes in Transversalschnitten – 1000 Graustufen) k.poljanc Diagnostik CT (Computertomographie) MRI (Magnet Resonance Imaging) PET (Positron Emission Tomography) Szintigraphie, ... Jänner 1989 Juli 1991 Tumor Jänner 1993 Juni 1993 Knochenmetastasen nach Prostata Ca. k.poljanc CT-Prinzip k.poljanc Schichtaufnahmen k.poljanc Themenschwerpunkte Diagnostik Nuklearmedizin Strahlentherapie Brachytherapie Konventionelle Strahlentherapie mit Photonen und Elektronen (Tele-Therapie) Protonen- und Ionentherapie k.poljanc Schilddrüse unauffällig Knoten links Sonographie Ausgeprägte Beschwerden k.poljanc Scanner Vorverstärker Verstärker PHA Photomultipler NaI (Tl) Kollimator Photorekorder d Dicke (t) Fokale Länge (f) Fokus k.poljanc Anger Kamera Diagnostik z.B.: Schilddrüsenfunktion (131I), Metastasen, Physiologische- und Stoffwechselprozesse DA über QA in der Bildgebung, Filter, ... (SMZ-OST) k.poljanc Nuklearmedizin Ganzkörperzähler, Kalibrierung (alle γ-Strahler) Aktivitätsverteilung: räumlich und zeitlich Kamera: Optimierung Kollimator und System Auflösungsvermögen: ±1cm, diagnostische Bedeutung, Strahlenschutz, Personal (offene Quellen, Katastrophenschutz) Therapie: Dosierung, Leakage Radiosynovektomie, Knochenmetastasen – Samarium k.poljanc Klinischer Ganzkörperzähler AKH-Wien k.poljanc Forschungsaktivitäten am Institut für Nuklearmedizin, AKH-Wien, Klinischer Ganzkörperzähler Biodistibution von 165Dy-DFH (Dysprosium-Ferric-Hydroxide); Verteilung von radioaktiven Substanzen (H. Fischer, Ulrike Prüfert, H. Aiginger, Ch. Pirich, E. Havlik, H. Sinzinger) Radiation Synovectomy von chronischen rheumatischen Veränderungen als Alternative zum chirurgischen Eingriff Dosisverteilung k.poljanc Aktivität in Lymphknoten Diss. Helmut Fischer Applizierte Dosis ~1GBq von 166Ho-Ferric-Hydroxide Kalibrierter klinischer Ganzkörperzähler (4 Detektoren) Ortsauflösungesvermögen ±1cm Profil Scann führt zu einer quantitativen Verteilung von 166HoFerric-Hydroxide im Knie und in anderen Organen (leakage) k.poljanc 166Ho-Ferric-Hydroxide 1 day 3 days Charakteristische Gamma Line: 81 keV 7 days Lymphknoten k.poljanc Knochenmetastasen Palliative Therapie von Knochenmetastasen mit 153Sm-EDTMP Ethylen- DiamineTetraMethylene Phosphonate k.poljanc Hochempfindlicher Ganzkörperzähler k.poljanc Themenschwerpunkte Diagnostik Nuklearmedizin Strahlentherapie Brachytherapie Konventionelle Strahlentherapie mit Photonen und Elektronen (Tele-Therapie) Protonen- und Ionentherapie k.poljanc Tumortherapie k.poljanc Was ist ein Tumor? Ansammlung von Zellen, die an der Stelle im gesunden Körper nicht in dieser Form /nicht so zahlreich auftritt. Unterscheidung von Tumoren Benigne (= gutartige) Maligne (= bösartige) • Karzinome (90%), z.B.: Mamma Ca., Prostata Ca., ... immer von der Oberfläche (Organoberfläche) ausgehend – z.B.: menschlicher Darm (Länge 9m, Oberfläche 300m², täglich eine neue Zellschichte!) • Sarkome (5%), aus dem Bindegewebe (Knochen, Knorpel, Muskel, ...), Reproduktion: 6 Wochen • Leukämie (5%), aus den blutbildenden Vorläuferzellen k.poljanc Zellen - Reproduktion Durchschnittsmensch: 70 kg = 3x1013 Zellen 3 Täglicher Verlust an Zellen: 10 dag = ( 7 )1011 Zellen Körper produziert 43 000 000 000 Zellen täglich! Haut (20 Schichten): kompletter Wechsel alle 3-4 Wochen Knochenmark: 120 Mio. Erythozyten / min. Granolozyten = „Abwehrprofis“, Lebensdauer 7h Pro Menschenleben (80 Jahre): ca 2500kg á1012 Zellen k.poljanc Stand der Krebstherapie in Europa Tod durch Primärtumor 18% geheilt durch Chirurgie 45% 37% Tod durch Metastase geheilt geheilt durch Strahlentherapie geheilt durch Chirurgie und Strahlentherapie geheilt durch Chem otherapie ¾ In Österreich treten jährlich etwa 34.400 neue Krebserkrankungen auf (für das Jahr 2000). ¾ Im Jahr 2010 wird in Europa jeder 3. Mensch an Krebs sterben.k.poljanc 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. 198Au, 125I mit kurzen τ1/2 oder 137Cs mit langen τ1/2 Æ 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 k.poljanc Kopf eines Afterloading - Gerätes k.poljanc Strahlenquellen für Afterloading Nuklid τ1/2 Zerfall Eβ,max [MeV] Eβ,Mittel [MeV] Eγ [keV] Eγ,Mittel [keV] 60Co 5,27a β− 0,331 0,095 1173,1332 1253 137Cs 30,14a β− 0,51; 1,18 0,18 662 662 192Ir 73,8d K, β− 0,17 0,17 296-612 375 k.poljanc Angioplastie und Stenttherapie k.poljanc Endovasculäre Brachytherapie k.poljanc Konventionelle Strahlentherapie (Tele-Therapie) Therapie im Nomalabstand von 100 cm Bremsstrahlung (LINAC) oder radioaktive Quelle (60Co) In Abhängigkeit von der Tumorart und dem Fortschritt der Erkrankung werden Dosen bis zu ca. 75 Gy in Fraktionen zu 1,8-2 Gy (~5x wöchentlich) lokal verabreicht. Ganzkörperbestrahlung bei Leukämie oder anderen den ganzen Organismus befallenden Erkrankungen (10 Gy) k.poljanc k.poljanc Teletherapie mit Linac LINAC (Linear Accelerator) Elektronen, Photonen k.poljanc Bestrahlungsplanung k.poljanc Rekonstruktion k.poljanc Qualitätskontrolle / Qualitätssicherung Phantommessungen am Linac Ionisationskammer k.poljanc Eindringverhalten in Gewebe Photonentherapie Protonen- und Ionentherapie. k.poljanc Tiefendosisverhalten Energieabgabe Photonen Spread out Bragg Peak (SOBP) Querprofil Protonen Plateau Singel Bragg Peak (SBP) Eindringtiefe k.poljanc Photonen vs. Protonen vs. IonenTherapie k.poljanc Biologie Zellüberleben k.poljanc Synchrotrone - Kreisbeschleuniger HIMAC / Japan LEAR /Cern k.poljanc Prot 2 Felder Prot 4 Felder Phot 4 Felder Prot 6 Felder k.poljanc Lehrveranstaltungsangebot Aiginger, Poljanc 101.028 - VO - Einführung in die Biomedizinische Technik - WS'05 2,0 141.034 - PR - Projektarbeiten über Strahlungsmessung u. angew. Sp. - WS'05 8,0 oder SS'05 8,0 141.037 - PR - Projektarbeiten über Beschleunigeranwendungen - WS'05 8,0 oder SS'05 8,0 141.039 - PR - Projektarb. über physikalische Methoden i. d. Med. - WS'05 8,0 oder SS'05 8,0 141.040 - PV - Privatissimum für Diplomanden angew. Strahlenphysik - WS'05 8,0 oder SS'05 8,0 141.079 - PR - Projektarbeiten aus angew. Strahlenph. - WS'05 8,0 oder SS'06 8,0 141.146 - SV - Strahlenphys. Methoden in der Medizin - SS'06 2,0 141.191 - PV - Priv.f.Dipl.u.Diss.aus angew. Strahlenphysik - WS'05 8,0 oder SS'06 5,0 141.361 - PR - Prakt. am Van De Graaff Beschl. - WS'05 4,0 141.405 - SV - Strahlenphysik - SS'06 3,0 141.416 - PR - Prakt. Übungen aus Strahlenphysik - WS'05 4,0 oder SS'06 4,0 141.556 - LU - Radioakt.u.Kernerg.in Umwelt u.Technik - WS'05 4,0 und SS'06 4,0 141.599 - VO - Str.Phys.u.Ges.Aspekte d.Strahlenschutz. - WS'05 2,0 141.905 - SE - Strahlenphys. Anw. in Technik u.Medizin - WS'05 2,0 und SS'06 2,0 141.944 - SV - Teilchenbeschleuniger - WS'05 3,0 k.poljanc
