Therapie mit Strahlen: Wo bleiben Strahlen und Radioaktivität nach der Therapie ? Frank Zimmermann Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie Universitätsspital Basel Petersgraben 4 CH – 4031 Basel radioonkologiebasel.ch Herkunft der Strahlenexposition Natürlich Alle Medizinisch Nur Patienten Arbeitsplatz Wenige Angestelle in Medizin und Kernkraft Unfall Sehr selten (Tschernobyl, Fukushima) Natürliche Strahlenexposition Extern durch terrestrische Strahlung (Radionuklide in der Erde bzw. Gesteinen) 0,42 mSv/a Extern durch kosmische Strahlung (Galaxis, Sonne) 0,36 mSv/a Intern durch Radionuklide 1,62 mSv/a Summe 2,40 mSv/a Natürliche Strahlenexposition Die externe kosmische Strahlung hängt stark von der Lage über Meereshöhe ab Natürliche Strahlenexposition Die externe terrestrische Strahlung kann stark schwanken: A: 175 - 250 mSv/a B: 17 mSv/a C: 400 mSv/a Durchschnitt in Westeuropa ca. 0,48 mSv/a, Jura/Tessin ! Natürliche Strahlenexposition Intern durch die Aufnahme von Radionukliden wie K-40 und hauptsächlich Rn-222 Zivilisatorische Strahlenexposition Die zivilisatorische Strahlenexposition wird hauptsächlich durch die medizinische Radiologie verursacht. In der Schweiz beträgt die medizinische Exposition ca. 2 mSv/a Tschernobyl im ersten Jahr in Deutschland ca. 0,7 mSv/a Radon bringt 1 mSv/a Warum Strahlen in der Medizin ? Erkennen von Erkrankungen aller Art - Art - Ausdehnung - Verlaufskontrollen Behandeln von Tumoren, Entzündungen, Verschleiss - verringert Rückfallrisiko vor Ort - verbessert Überleben und Lebensqualität Was für Strahlen kennen wir ? Röntgenstrahlen Strahlen: Photonen / Röntgenstrahlen Y-Strahlen – Radioaktiv ! Teilchen Elektronen Protonen Neutronen Schwere Ionen Strahlentherapie in der Krebsbehandlung Vielzahl von Geräten und Techniken - Linearbeschleuniger, mit Anpassungen (Tomotherapie, Cyberknife, IMRT, IGRT usw.) - Protonenanlagen - Schwerionenanlagen - Neutronentherapien Alle OHNE radioaktive Strahlen: ohne Strom nichts los Elektromagnetische Wellen - Photonen Wellenlänge Energie Eigenschaften 1cm 0,00001 eV Mikrowellen 5000 A 2 eV Licht 1A 12 keV weiche Röntgenstrahlen 0,1 A 124 keV harte Röntgenstrahlen 0,001 A 12.4 MeV Bremsstrahlen Kopf eines Linearbeschleunigers Aufbau einer Röntgentherapieanlage Elektronen-Gun: Glühkathode Beschleunigerrohr: Surfen im Vakuum Elektronen: Dosisprofil Linearbeschleuniger mit Zusatz Strahlerkopf Kamera für die CT-Aufnahmen Röntgengerät für CT-Aufnahmen Bildschirm mit Patientendaten für Kontrollen Frei beweglicher Patiententisch Radioaktive Strahlen Strahlen: Photonen / Röntgenstrahlen Y-Strahlen – Radioaktiv ! Teilchen Elektronen (beta) Protonen Neutronen Heliumkerne (alpha) Schwere Ionen Aus radioaktivem Zerfall Alpha-Strahlen: 2 Protonen, 2 Neutronen (Helium) Beta-Strahlen: Elektronen (Neutron zu Proton) Gamma-Strahlen: elektromagnetische Wellen Bundesamt für Strahlenschutz, Internetseite Reichweite der Strahlen Geladene Teilchen Photonen/y-Strahlen Definierte Reichweite Exponentieller Dosisabfall Wie kommen die Strahlen in den Körper ? Äussere Quellen: Cobalt Innere Quellen: Afterloading mit Ir192 Spickung mit Iod125-Seeds Brachytherapie mit Afterloading Planung der Brachytherapie Brachytherapie mit Jod125-Seeds Tiefendosiskurve eines Punktsstrahlers Wo bleiben die Strahlen ? Machen wir uns ganz klein: Atome Auf Atomebene: 10-10 m Grösse des Atoms Kern: 10-14 m Durchmesser Nukleonen - Protonen: 1,6 x 10-27 kg - Neutronen: 1,6 x 10-27 kg Hülle: - Elektronen: 9,1 x 10-31 kg Machen wir uns ganz klein: Atome Michael Gründel, Internet, 2014 Machen wir uns ganz klein: Atome Länge: 10-6 m Dicke: 0,6 x 10-76m = 10.000 x grösser als Atome Bundesamt für Strahlenschutz, Internetseite Einschläge in einer Folie Wechselwirkung der Strahlen mit Gewebe Photoeffekt Michael Gründel, Internet, 2014; Martin Volkmer 2003 Wechselwirkung der Strahlen mit Gewebe Comptoneffekt Michael Gründel, Internet, 2014; Martin Volkmer 2003 Wechselwirkung der Strahlen mit Gewebe Paarbildung Michael Gründel, Internet, 2014; Martin Volkmer 2003 Wechselwirkung der Strahlen mit Gewebe Michael Gründel, Internet, 2014 Wechselwirkung der Strahlen mit Gewebe Berechnung der Dosisverteilung Wirkung der Strahlentherapie Ionisierende Strahlen Elektron des Sauerstoffes aus dem Atom OH-Radikal Verbindung mit Erbsubstanz (DNA) Zellschädigung Wechselwirkung der Strahlen mit Gewebe Elektron raus Ionisation: Positiv geladenes Atom Ionisierendes Elektron oder Anregung: grösserer Kernabstand Bei Elektronen von 6 MeV knapp 200.000 Ereignisse in Serie Michael Gründel, Internet, 2014 Wie wirken Strahlen ? Folgen im Zellkern: DNA-Schäden Anzahl an DNA-Schäden pro Zelle und 1 Gy Basenschäden Einzelstrangbrüche Vernetzungen Gehäufte Läsionen Doppelstrangbrüche 3000 1000 200 200 40 (Steel GG et al.: Basic Clinical Radiobiology, New York, Oxford Univ. Press, 1997) Veränderungen an der DNA Gesunde Zellen sind fit: Reparatur Was machen die Strahlen im Körper ? Stoffwechsel und Logistik kollabieren Im Zellkern Wenn Zellen in Teilung sind Bei hohem Zellumsatz Im Wachstumsalter (bei Kindern und Jugendlichen) Wie schützen wir gesunde Gewebe ? Präzise Diagnostik Präzise Planung und Umsetzung Stereotaktische Strahlentherapie Wie kommen die Strahlen wieder heraus ? Geladene Teilchen Photonen/y-Strahlen Definierte Reichweite Exponentieller Dosisabfall Bin ich radioaktiv nach Strahlentherapie ? Nein, die Strahlen erzeugen biologische Effekte und Wärme Sie werden nicht radioaktiv ! Belaste ich meine Familie ? Nein, die Strahlung ist sofort weg und sie nehmen nichts mit aus dem Therapieraum ! Viel Theorie und Technik, aber dennoch … • Strahlen in der Medizin unabkömmlich • Strahlenschutz ist viel besser geworden: für Patienten, Personal, Angehörige • Strahlen im Leben ubiquitär: auch dort wir an Entlastung gearbeitet • Die meisten Strahleneffekte n radioonkologiebasel.ch und [email protected]
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