Maximumintensitätsprojektion einer Ganzkörperaufnahme mittels Positronen-Emissions-Tomographie von Jens Maus via Wikimedia , ( CC0 1.0 Universell)
Die nebenstehende Abbildung 0 zeigt eine Ganzkörperaufnahme von einer weiblichen Patientin im Rahmen einer Tumordiagnose.
Schwere Erkrankungen und ihre Folgeerscheinungen werden nicht selten durch Tumore hervorgerufen, wie sie zum Beispiel beim Krebs auftreten. Glücklicherweise erweist sich nicht jede gesundheitliche Beeinträchtigung als Folge von Tumoren.
Erhärten sich aber die Verdachtsfälle, wird in der Medizin oft auf moderne Diagnosemethoden zurückgegriffen wie zum Beispiel die Kernspintomografie (MRT), um Tumore zu identifizieren.
Die folgenden Seiten werden Ihnen einen Einblick darüber geben, wie es heute durch moderne Therapieverfahren gelingen kann, diese Tumore zu zerstören.
Das hier speziell vorgestellte Verfahren beruht ganz auf physikalischen Grundlagen und ist nach und nach aus den Laboren der Physikerinnen und Physiker in den Status der technischen Realisierung übergegangen. Anschließend wurden diese Methoden bis zur Anwendung in der heutigen Medizin weiterentwickelt.
Als roter Faden dieser Seiten ist vorgesehen, dass Sie
- zunächst darüber informiert werden, wie die Tumore und deren genaue Lage im Körper bestimmt werden können.
- verschiedene Therapiemethoden kennenlernen und ihre Vor- und Nachteile hinsichtlich der Behandlung tiefliegender Tumore abwägen können.
- die Vorteile einer Strahlentherapie und zwar besonders die der Strahlen mit Ionen erkennen.
- alle physikalischen Teilschritte zur Vorbereitung einer Behandlung durch Ionenstrahlen verstehen und nachvollziehen können.
- die Zusammensetzung einer zur Behandlung innenliegender Tumore geeignete Apparatur aus den einzelnen Versuchsteilen planen können.
- die Einflüsse aller einstellbaren physikalischen Größen auf den Ionenstrahl kennen und auch berechnen können.
- mit den zuvor erarbeiteten Kenntnissen schließlich in der Lage sind, bei gegebenen Randbedingungen für die Versuchsapparatur, die experimentellen Parameter der Apparatur so einzustellen, dass ein genau lokalisierter Tumor auch zerstört werden könnte.
Quelle:
https://pxhere.com/ro/photo/1139115 (CC0 1.0 Universell)
Moderne Diagnoseverfahren in der Medizin werden zur Tumorerkennung eingesetzt. Geräte wie der abgebildete Tomograph sind Ergebnisse physikalischer Forschung.
Bildquelle: Mit freundlicher Genehmigung durch Katia Parodi und Walter Ass-mann: Hadronen gegen den Krebs, in: Physik Journal 18 (2019) Nr. 6, Seite 39, Abb. 3 Mitte
Nachdem ein Tumor diagnostiziert ist, muss dessen Position vor einer Behandlung genau vermessen werden. Sie finden dazu im Kapitel Position und Größe eines Tumors Informationen zu den notwendigen Messungen.
Bildquelle: Mit freundlicher Genehmigung durch Katia Parodi und Walter Assmann: Hadronen gegen den Krebs, in: Physik Journal 18 (2019) Nr. 6, Seite 39, Abb. 4
Es gibt mehrere Behandlungsmöglichkeiten zur Entfernung eines Tumors. Eine Übersicht dazu finden Sie im Kapitel Behandlung von Tumoren
Bildquelle: Mit freundlicher Genehmigung durch Katia Parodi und Walter Assmann: Hadronen gegen den Krebs, in: Physik Journal 18 (2019) Nr. 6, Seite 38, Abb. 2b
Zur Durchführung einer Strahlentherapie müssen nacheinander verschiedene physikalische Verfahren angewendet werden. Die physikalischen Grundlagen dazu finden Sie im Kapitel Physik der Ionenstrahlung
Bildquelle: Dr. Rolf Piffer
Die geladenen Teilchen müssen für die Strahlentherapie zunächst erst einmal erzeugt werden. Die physikalischen Grundlagen dazu finden Sie im Kapitel Erzeugung von Ionen
Quelle: figure 6 leicht verändert aus: Wayne D Newhauser and Rui Zhang: ( CC-BY 3. 0)
iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9155/60/8/R155.pdf
Die Ionen müssen trotz ihrer schon recht hohen Anfangsgeschwindigkeit nach deren Erzeugung noch stark beschleunigt werden um ihre Wirkung in der richtigen Gewebetiefe entfalten zu können. Die Grundlagen dazu finden Sie im Kapitel Beschleunigung von Ionen.
Bildquelle: Dr. Rolf Piffer
Die Ionen müssen schließlich genau auf den Tumor treffen. Dazu nutzt man die Kräfte auf geladene Teilchen im homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators. Im Kapitel Ablenkung von Ionen finden Sie die Grundlagen dazu.
Bildquelle: Dr. Rolf Piffer
Um die gesamte Ablenkung aus der Strahlachse bis zum Tumor korrekt(!) zu berechnen, müssen noch geometrischen Größen berücksichtigt werden. Im Kapitel Gesamtablenkung des Strahls finden Sie die Herleitung der dazu notwendigen Formeln.
Bildquelle: Thomas Unkelbach für LEIFIphysik.de Dieses Programm darf - auch in veränderter Form - für nicht-kommerzielle Zwecke verwendet und weitergegeben werden, solange dieser Hinweis nicht entfernt wird (LEIFI-Physik Joachim Herz Stiftung)
Die Geschwindigkeit der geladenen Teilchen muss sehr genau zur Gewebetiefe passen, in der der Tumor liegt. Dazu verwendet man einen Geschwindigkeitsfilter. Im Kapitel Geschwindigkeitsfilter finden Sie die dazu notwendigen Zusammenhänge.
Datei: Type away (john-schnobrich-520019.jpg) von John Schnobrich [Unsplash Licence], via Unsplash, bearbeitet.
Wenn Sie diese Seiten bereits erarbeitet haben und/oder Sie Ihre Kenntnisse über diesen Themenkomplex bereits für ausreichend ansehen, dann sollten Sie die anschließenden Aufgaben richtig lösen können.
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