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Brachytherapie
Dr. rer. nat. Dipl. Phys. C. Melchert
Inhaltsverzeichnis
• Brachytherapie ?
• Atommodell
• � – Zerfall
• Geschichte des Radiums
• Afterloading mit 192 Ir,
• Brachytherapie: Seed-Implantation und
• Ruthenium-Augenkalotten
2
3
Brachytherapie: was bedeutet das?
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
4
Geschichte1895 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.
5
Geschichte: woher kommt das Radium?
• Warum strahlt das Radium ?
• Warum gibt es überhaupt strahlende
chemische Elemente ?
• Was ist das für eine Strahlung ?
• Atomaufbau ?
6
Bohr-Sommerfeld'sches Atommodell 1915/16
K-L-
M- Schale
28SiOrdnungszahl 14
Massezahl 28
•2
7Das Atom; Beispiel: Helium
Elektronenhülle
Atomkern
10-10m
10-15m
4He
Ordnungszahl 2
Massezahl 4
2
8
Der Atomkern
• trägt die positive elektrische Ladung
• liefert fast die gesamte Masse des Atoms
• besteht aus Nukleonen
� Protonen
� Neutronen
9Periodensystem der Elemente
• 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
10
Periodensystem der Elemente
11Periodensystem der Elemente
• 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
Wasserstoff 1H Deuterium 2H Tritium 3H
•3
13α-Zerfall (1896)
• α-Teilchen (He-Kern) wird ausdem Kern hinausgeschleudert
• Massenzahl sinkt um 4
• Ordnungszahl sinkt um 2
• Häufigste Zerfallsart der
natürlichen Radionuklide
14
Geschichte: woher kommt Radium?
• Zerfallsreihe:
vom Uran zum Blei
Uran: 92 Protonen und 146 Neutronen (+54)
� 238U � 82206 Pb(206)
226Ra: 88 Protonen
138 Neutronen
Rn: radioaktives Edelgas
15
1,6
•1
03
a
Zerfallsreihe 238U16
Zerfallsreihe 238U
4 d
17
Zerfallsreihe 238U
3 m
in
18
Zerfallsreihe 238U
1,5
s
•4
19
Zerfallsreihe 238U
27 min
0,2
µs
20 min
20
Geschichte
• Radium Zerfall: 22688Ra
22688Ra � 222
86Rn + 42He
21
Geschichte
22
Geschichte
• Energien: α = 4,78 MeV (94,5%)
4,60 MeV (5,5%)
Energien: 12 Gamma Energielinien =>
2 mittlere Energien: 0,55 MeV
1,65 MeV
=> hoher Aufwand bzgl. des Strahlenschutzes
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
�
Durchdringungsvermögen verschiedener Strahlenarten
•5
Biologische Wechselwirkung
• Ionisierungsdichte;
Linearer - Energie - Transfer
Biologische Strahlenwirkung
Locker ionisierende Dicht ionisierende
Strahlung StrahlungRöntgen-, γ-Strahlung Protonen-, α-Strahlung
Ionisationsdichte
27
27
Geschichte
28
Geschichte
Radium girls:
Weibl. Fabrikarbeiter bemalten Ziffernblätter
von Uhren mit Leuchtfarbe in United States
Radium Corporation in Orange, New Jersey ab dem Jahre 1917 bis 1926.
29
Geschichte Radiumprodukte
30
•6
Radiumprodukte
31 32
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
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Geschichte
• 1913 Einführung der Radiumbestrahlung
Kleinraumbestrahlung mit Radium
(Gynäkologie) �
Vorläufer der heutigen Brachytherapie
Einlegen von Radiumnadeln
34
Geschichte
• 1914 Radiumnadeln aus
Stahl oder Platin wurden
für bestimmte Zeit
in den Tumor gelegt
35
Brachytherapie � Afterloading
36
Intensitätsmodulierte Brachytherapie
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•7
37
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38
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39
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Energie / MeV
40β--Zerfall (1896)
• Kerne mit Neutronenüberschuss
» durch Spaltung schwerer Kerne
» durch Neutronenbeschuss
• Umwandlung eines Neutrons in
ein Proton
• Massenzahl bleibt konstant
• Ordnungszahl steigt um 1
41
Bohr-Sommerfeld'sches Atommodell
K-L-
M- Schale
28SiOrdnungszahl 14
Massezahl 28
42K-Einfang (1937)
• Kerne mit Protonenüberschuss
• Einfang eines Hüllenelektrons
durch den Kern
• Umwandlung eines Protons inein Neutron
• Massenzahl bleibt konstant
• Ordnungszahl sinkt um 1
• Röntgenstrahlung wird abgegeben
•8
43Bohr-Sommerfeld'sches Atommodell
K-L-
M- Schale
28SiOrdnungszahl 14
Massezahl 28
44
������������������ �������
5
3,5
45
Dosisabfall 192Ir-Quelle
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 5 10 15 20 25 30
∆D
= 1
re
l. E
inh
.
∆r = 30 cm
46
Dosisabfall Linearbeschleuniger
∆r = 30 cm
∆D
= 1
re
l. E
inh
.
47
Vorteil: Hoher Dosisgradient
• bei der Brachytherapie durch die
Quellennähe
• => Dosisoptimierung durch Geometrie der
Nadelplatzierung
• => Schonung nahegelegener Risikoorgane
48
Afterloading
•9
49
��� �������
• Moulagen: Kontakttherapie
• intrakavitäre BT: 192Ir
» gynäkologische Tumore
» bronchiale Tumore
• interstitielle BT: 192Ir
» über Implantate
50
Moulagen
51
Moulagen
• Kontakt-
therapie
52
Moulagen
• Kontakt-
therapie
53
Brachytherapie: Bronchus
54
Brachytherapie: Bronchus
•10
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Brachytherapie: Bronchus
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Vaginale Brachytherapie: Corpus
57
Vaginale Brachytherapie: Corpus
58
Vaginale Brachytherapie: Corpus
59
Vaginale Brachytherapie: Corpus
60
Vaginale Brachytherapie: Corpus
•11
61
Vaginale Brachytherapie: Cervix
GebärmutterEierstock
Eileiter
Gebärmutterhals
innerer Muttermund
äußerer Muttermund
Vagina
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Vaginale Brachytherapie: CervixRing-Stift-Applikator
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Vaginale Brachytherapie: CervixRing-Stift-Applikator
64
Vaginale Brachytherapie: Cervix
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Vaginale Brachytherapie: Martinez
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Spickungen verschiedener Organe
Beispiele:
» Prostata
» Thoraxwand
» Mamma
» Mundboden
» Schädel
•12
67
Prostata: Spickung
Blase
Template
Rektum
Schallkopf
68
Prostata: Spickung
69
Prostata: Spickung
70
Prostata: Spickung
71
Prostata: Seedimplantation (LDR)
72
Prostata: Seedimplantation (LDR)
• Iod -125, 125I
• Halbwertszeit, t½: 60,25 d
• Gamma - Energie: 35 keV
•13
73
Prostata: Seedimplantation (LDR)
74
Brachytherapie: Mammaspickung
75
Rekonstruktionen zur Brachytherapie: Thoraxwand
75
76
Brachytherapie: Mammaspickung
77
Brachytherapie: Mammaspickung
78
März 2008 / 78
Brachytherapie: Mammaspickung
•14
79
Brachytherapie: Mammaspickung
80
Brachytherapie: Mammaspickung
81
Brachytherapie: Mammaspickung
März 2008 / 81
Vor der IMBT
4 Jahre nach IMBT
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HNO: Rekonstruktionen zur Brachytherapie: Zungengrund
82
83
HNO: Rekonstruktionen zur Brachytherapie: Zungengrund
83
84
HNO: Rekonstruktionen zur Brachytherapie: Zungengrund
•15
85
Rekonstruktionen zur Brachytherapie: Orbita
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HNO:Rekonstruktion zur Brachytherapie:Orbita
87Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasopharynx
88
Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasopharynx
89
Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasopharynx
90
Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasennebenhöhle
•16
91Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasennebenhöhle
92
Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasennebenhöhle
93
Brachytherapie
• Ruthenium Augenkalotten gegen Aderhautmelanome
• Personal hat direkten Kontakt mit der
radioaktiven Quelle
94
¼_½hfiif ¾¿¿iac_dab½À ^hdÁf½ah ¾hÃf½c_ibddf½
94
95
Ruthenium Augenkalotten
• 106 – Ruthenium
• hartes weißes Metall
• ß- _ Zerfall
• Energie = 3,54 MeV
96
Radioaktiver Zerfall
44Ruthenium-106 β- - Zerfall
Ä
45Rhodium -106 β- - Zerfall
•17
97
97
Produktbeschreibung
• Kontaktstrahlenquelle zur Behandlung von
Augentumoren
• Ru-106 Augenapplikatoren sind
umschlossene radioaktive Stoffe
• Kapselmaterial: Reinstsilber; 960,8°C SP
98
Ruthenium Augenkalotten
99
Anatomie des Auges
100
Ruthenium Augenkalotten
• Aderhautmelanom
101
Ruthenium Augenkalotten
• GTV und CTV eines Aderhautmelanoms
• Dosisverteilung
102
Ruthenium Augenkalotten
• 3D Bestrahlungsplanung