Strahlentherapie, Physikalische Grundlagen Strahlentherapie, Weitergabeskript

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P. Kneschaurek Radioonkologie TU München
Medizinphysikalische Grundlagen der
Strahlentherapie
Strahlungsarten
Atombau
Radioaktivität
Wechselwirkung ionisierender Strahlung
Messung ionisierender Strahlung
Dosisverteilung
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Strahlungsarten
Ionisierende - nichtionisierend Strahlung
Teilchenstrahlung - Photonenstrahlung
Direkt - indirekt ionisierende Strahlung

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Radioaktivität
Zerfall eines Atomkerns
Alphazerfall α
α
α
α-Teilchen wird emittiert
Betazerfall Elektron wird emittiert
Gammazerfall Photon wird emittiert
Zerfallsgesetz
A = A0
* e - λ
λ
λ
λ t
Halbwertszeit T1/2
= ln2/ λ
λ
λ
λ
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Wechselwirkung von
Elektronenstrahlen mit Materie
Prozesse, die bei Elektronen zu Energieverlusten bzw.
Richtungsänderungen führen
Elastische Atomstöße
Unelastische Stöße mit Atomhüllen (Anregung)
Unelastische Stöße mit Hüllelektronen (Ionisation)
Elastische Streuung an Atomkernen
(Coulombstreuung)
Unelastische Streuung an Atomkernen
(Bremsstrahlungserzeugung)
Kernreaktionen
Cerenkov-Effekt

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Strahlungsdetektoren
Aufgaben
1.Teilchennachweis
2.Spektrometrie
3.Aktivitätsmessung
4.Dosimetrie
5.Strahlungsfeldanalyse
6.Strahlenschutzmessung
7.Personendosimetrie
Anforderung an
Detektoren
1.Reproduzierbarkeit
2.Spezifität
3.Empfindlichkeit
4.Meßgenauigkeit und
Meßbereich
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Detektoren
Zählrohre
Halbleiterdetektoren
Szintilationsdetektoren
Leuchtschirme, Leuchtfolien
und Bildverstärker
Filme

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Klinische Dosimetrie
Dosisbegriffe:
Ionendosis X [Cb/kg]
Energiedosis D [J/kg=Gy]
Berechnung der Energiedosis aus der
Ionendosis
D = X * W/e
W/e Energie pro Ionenpaar
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Therapieanlagen in der Teletherapie
Röntgentherapiegeräte
Weichstrahltherapiegeräte
Hartstrahltherapegeräte
Telegammatherapieanlagen
Cäsiumbestrahlungsanlage
Cobaltbestrahlungsanlage
Beschleuniger
Elektronenbeschleuniger
Ionenbeschleuniger
Neutronentherapieanlagen

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Telegammatherapieanlagen
Anforderungen an das verwendete Isotop
hohe Gammaenergie > großes
Eindringvermögen
hohe Aktivität > kurze Bestrahlungszeit
hohe spezifische Aktivität > kleine Quelle
lange Halbwertszeit > lange Nutzungsdauer
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Beschleunigeranlagen
Elektronenbeschleuniger
Linearbeschleuniger
Betatron
Mikrotron
Protonen- und Ionenbeschleuniger
Zyklotron
Synchrotron

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Brachytherapie
Bei der Brachytherapie werden
umschlossenen radioaktive Stoffe
direkt in den Patienten gebracht
und bestrahlen den Patienten von
“innen”.
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Dosisleistung einer Punktquelle
D = A * Γ / r²
D Dosisleistung [mGy/hr]
A Aktivität [GBq]
G Dosisleistungskonstante [mGy m²/ hr GBq]
r Abstand von der Punktquelle [m]

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Vollständige und eindeutige
Beschreibung der Brachytherapie muß
enthalten
• Beschreibung der Volumina
• Methode: Applikationstechnik, Strahlerspezifikation,
Applikatorbeschreibung, Strahlerverteilung und
Anordnung
• Gesamtkenndosis
• Lokalisation
• Beschreibung der Dosisverteilung
• Beschreibung der zeitlichen Verteilung
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Bestrahlungsplanung
Bei der Bestrahlungsplanung wird,
basierend auf eim aktuellen
Patientenmodell, die optimale
Feldkonfiguration bestimmt und die
Dosisverteilung im Patienten berechnet
und bewertet

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Schritte in der konformierenden
Strahlentherapie (I)
Immobilisation und Lagerung
Bildgebung (CT, MR)
Definition anatomischer Objekte (ZV, Organe)
Wahl der Felder (Richtung, Größe, Energie)
Wahl der Feldform
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Schritte in der konformierenden
Strahlentherapie (II)
Berechnung der Dosisverteilung (3D)
Bewertung der Dosisverteilung (DVH, TCP, NTCP)
Simulation (DRR)
Bestrahlung
Verifizierung der Patientenlagerung (EPI)

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Patientenlokalisation
Patientenfixation
Vacuum Kissen
Kopfmasken
Stereotaktischer Ring
Lokalisation
Markierungen auf der Haut des Patienten
Stereotaktischer Lokalisator
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Positioniergenauigkeit des Patienten
Invasiver stereotaktischer Ring < 1 mm
Stereotaktische Kopfmaske < 2 mm
Konventionelle Kopfmaske < 5 mm
Hautmarkierung <10 mm
System Genauigkeit

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Zielvolumen und kritische Organe
Eingabe der Volumina in den
Rechner
Interaktiv
Zielvolumen
Automatisch oder halbautomatisch
Kritische Organe
Knochen, Lunge, Spinalkanal, etc
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Ziele der Bestrahlungsplanung
Niedrige Dosis außerhalb Zielvolumen
Hoher Dosisgradient zu kritischen Normalgeweben
Homogene Dosis im Zielvolumen?

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Prinzipielle Möglichkeiten um die
Dosisverteilung zu formen
Zahl der Felder
Richtung der Felder
Form der Felder
Energie der Strahlen
Wichtung der Felder
Intensitätsmodulation der Felder
Keile (stetiger 1 D-Modulator)
2D Intensitätsmodulator
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Berechnung der Dosisverteilung
Berechnungsalgorithmen
auf Messungen basierend
first principles
Anzeige der Dosisverteilung
Isodosislinien
Color wash Anzeige
Pseudo 3D-Anzeige

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Überprüfung der Patientenlagerung
Übereinstimmung von Strahlenfeld
und Hautmarkierungen des Patienten
Portal imaging