Phy­sik der Io­nen­strah­lung

Strah­len­the­ra­pie und Phy­sik

Bei einem Pa­ti­en­ten ist die räum­li­che Lage des Tu­mors sehr genau ver­mes­sen wor­den. Dazu ge­hört neben der Aus­deh­nung in x- und y-Rich­tung auch die Tiefe in z-Rich­tung. Um jetzt Io­nen­strah­len für die The­ra­pie ein­set­zen zu kön­nen, müs­sen prin­zi­pi­ell ver­schie­de­ne Ver­fah­rens­schrit­te un­ter­nom­men wer­den.

Diese Schrit­te sind alle phy­si­ka­li­scher Art, müs­sen hin­ter­ein­an­der und alle feh­ler­frei er­fol­gen. Alle not­wen­di­gen Schrit­te müs­sen für eine er­folg­rei­che Be­hand­lung gut ver­stan­den wer­den. Wel­che Schrit­te das sind, wird im Fol­gen­den er­läu­tert.

Schrit­te zur Ver­wen­dung von Io­nen­strah­lung

Um Io­nen­strah­len für die The­ra­pie ein­set­zen zu kön­nen, müs­sen prin­zi­pi­ell ver­schie­de­ne Ver­fah­rens­schrit­te un­ter­nom­men wer­den, die auch "Le­bens­pha­sen" der Ionen ge­nannt wer­den kön­nen.

Ab­bil­dung 6a: Die drei Be­we­gungs­be­reich­te der Ionen Quel­le: Mit freund­li­cher Ge­neh­mi­gung durch Katja Par­o­di und Wal­ter Ass­mann: Had­dro­nen gegen den Krebs, in Phy­sik Jour­nal 18(2019) Nr.6, Seite 38, Abb2b - leicht ver­än­dert

1. Zu­nächst müs­sen die Ionen so her­ge­stellt wer­den, dass sie nicht an einem Me­di­um ge­bun­den sind und sich frei im Va­ku­um be­we­gen kön­nen. Die Ionen müs­sen also zu­nächst er­zeugt wer­den Er­zeu­gung von Ionen.
2. An­schlie­ßend müs­sen sie im Be­reich I in x-Rich­tung auf eine be­stimm­te, de­fi­nier­te Ge­schwin­dig­keit v_x be­schleu­nigt wer­den, um an­schlie­ßend in den Be­reich II ein­zu­tre­ten Be­schleu­ni­gung von Ionen.
3. Im Be­reich II wer­den die Ionen aus ihrer vor­he­ri­gen Be­we­gungs­rich­tung so ab­ge­lenkt, dass sie auf den ge­sam­ten Tu­mor­be­reich tref­fen kön­nen. Die Ionen er­fah­ren in die­sem Be­reich eine Be­schleu­ni­gung quer zur Rich­tung der An­fangs­ge­schwin­dig­keit. Diese Be­schleu­ni­gung wird durch eine Kraft im elek­tri­schen Feld eines ge­la­de­nen Kon­den­sa­tors her­vor­ge­ru­fen Ab­len­kung von Ionen.
4. Nach­dem die Ionen im Be­reich III den Feld­be­reich des Kon­den­sa­tors ver­las­sen haben, be­we­gen sich diese im feld­frei­en Raum - also kräf­te­frei wei­ter, bis sie genau auf die Tu­mor­flä­che tref­fen. In die­sem Raum­be­reich er­fah­ren die Ionen keine Be­schleu­ni­gung und die Be­we­gung nach dem Kon­den­sa­tor führt schließ­lich zur Ge­sam­ta­blen­kung.
5. Die Ge­schwin­dig­keit der Ionen muss sehr genau ein­ge­stellt wer­den durch ein Ge­schwin­dig­keits­fil­ter.

1. Er­zeu­gung von Ionen

In­for­ma­tio­nen zur Er­zeu­gung von frei­en Elek­tro­nen bzw. frei­en Pro­to­nen fin­den Sie auf der Seite Er­zeu­gung von Ionen.

2. Be­schleu­ni­gung auf End­ge­schwin­dig­keit

Die Ionen haben nach ihrer Er­zeu­gung eine An­fangs­ge­schwin­dig­keit, die aber ver­mut­lich weder aus­rei­chend hoch ist, noch einen ge­nau­en Wert hat. Die Ionen müs­sen daher zu­nächst be­schleu­nigt wer­den. Jede Be­schleu­ni­gung setzt eine Kraft vor­aus, die ent­we­der durch ein elek­tri­sches Feld oder durch ein Ma­gnet­feld her­vor­ge­ru­fen wer­den kann.

Die Ionen wer­den hier in einem ho­mo­ge­nen elek­tri­schen Feld auf ihre End­ge­schwin­dig­keit be­schleu­nigt. Be­schleu­ni­gung von Ionen.

3. Ab­len­kung von Ionen

Die Ionen müs­sen nicht nur genau auf den Tumor tref­fen, son­dern müs­sen so ab­ge­lenkt wer­den, dass sie die ge­sam­te Flä­che des Tu­mors über­strei­chen. Dazu müs­sen die Ionen in ihrem Flug aus ihrer ur­sprüng­li­chen Rich­tung ge­zielt ab­ge­lenkt wer­den.

Die seit­li­che Ab­len­kung der Strah­len be­deu­tet, dass eine genau de­fi­nier­te Ge­schwin­dig­keits­än­de­rung quer zur ur­sprüng­li­chen Be­we­gungs­rich­tung der Ionen er­fol­gen muss. Er­läu­te­run­gen dazu fin­den Sie auf der Seite Ab­len­kung von Ionen.

4. Wei­ter­be­we­gung zum Tumor

Nach­dem die Ionen den Kon­den­sa­tor ver­las­sen haben, be­we­gen sie sich gleich­för­mig mit einer Ge­samt­ge­schwin­dig­keit wei­ter, die sich durch die Über­la­ge­rung der ur­sprüng­li­chen Ge­schwin­dig­keit v_0,x in x-Rich­tung und einer neu hin­zu­ge­kom­me­nen Ge­schwin­dig­keit v_y in y-Rich­tung er­gibt. Da die Ionen schon schräg aus dem Kon­den­sa­tor aus­tre­ten, wird deren Ab­len­kung aus der ur­sprüng­li­chen immer grö­ßer, je wei­ter sie jetzt noch bis zum Tumor flie­gen müs­sen.

Nä­he­res dazu im Ka­pi­tel Ge­sam­ta­blen­kung.

5. Ge­schwin­dig­keits­fil­ter

Die Ionen haben nach ihrer Be­schleu­ni­gung eine ver­mut­lich breit ver­teil­te Ge­schwin­dig­keit. Das muss aber wegen der genau fest­ge­leg­ten Ein­dring­tie­fe der Strah­lung ver­hin­dert wer­den. Daher wird die Ge­schwin­dig­keit der Ionen mit Hilfe eines Ge­schwin­dig­keits­fil­ters (Wien-Fil­ter) auf eine de­fi­nier­te Größe ein­ge­stellt. Ge­schwin­dig­keits­fil­ter.

Wei­te­re In­for­ma­tio­nen

• Die Be­hand­lungs­me­tho­den bös­ar­ti­ger Tu­mo­re wer­den hier be­schrie­ben: The­ra­pie­for­men

Wei­ter zu Ionen