•1
1
Brachytherapie
Dr. rer. nat. C.Melchert
2
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
3
Geschichte
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.
4
Geschichte: woher kommt das Radium?
• Warum strahlt das Radium ?
• Warum gibt es überhaupt strahlende
chemische Elemente ?
• Was ist das für eine Strahlung ?
5Das Atom; Beispiel: Helium
Elektronenhülle
Atomkern
10-10m
10-15m
4He
Ordnungszahl 2Massezahl 4
2
6
Der Atomkern
• trägt die positive elektrische Ladung
• liefert fast die gesamte Masse des Atoms
• besteht aus Nukleonen
� Protonen
� Neutronen
•2
7Periodensystem 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
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Periodensystem der Elemente
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
10α-Zerfall (1896)
� α-Teilchen (He-Kern) wird aus
dem Kern hinausgeschleudert
• Massenzahl sinkt um 4
• Ordnungszahl sinkt um 2
• Häufigste Zerfallsart der
natürlichen Radionuklide
11
Zerfallsreihe 238U
27 min
0,2
µs
20 min
1,6
•10
3a
4 d
3 m
in1,5
s
12
Geschichte: woher kommt Radium?
• Zerfallsreihe:
vom Uran zum Blei
Uran: 92 Protonen und 146 Neutronen
⇒ 238U � 82206 Pb(206)
226Ra: 88 Protonen
138 Neutronen
Rn: radioaktives Gas
•3
13
Geschichte
• Radium Zerfall: 22688Ra
22688Ra � 222
86Rn + 42He
14
Geschichte
15
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
16
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
�
17
17
Geschichte
18
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.
•4
19
Geschichte
20
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
21
Geschichte
• 1913 Einführung der Radiumbestrahlung
Kleinraumbestrahlung mit Radium
(Gynäkologie) �
Vorläufer des heutigen Afterloadings
Einlegen von Radiumnadeln
22
Geschichte
• 1914 Radiumnadeln aus
Stahl oder Platin wurden
für bestimmte Zeit
in den Tumor gelegt
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Intensitätsmodulierte Brachytherapie
Radium 226
LDR Ir-192
Lineare Strahler
HDR Ir – 192
„stepping source“
Volumenoptimierung nicht möglich
Volumenoptimierung möglich
Intensitätsmodulierte Brachytherapie (IMBT)
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Quelle für Brachytherapie
• Radioaktive Quelle– Hohe spezifische Aktivität
– Kleine Quelle mit guter Dosisleistung
– Heute: 192Ir
• ß--Zerfall zu 192Pt (ca. 85 %)
• K-Einfang zu 192Os (ca. 15 %)
• Halbwertszeit: 73,8 d
• 19 Gammalinien
• Mittlere Energie = 375 keV
• Abmessungen: Ø = 0,5 mm und h = 3,5 mm
•5
25
Quelle für die Brachytherapie
Energie / MeV
26
Quelle für die Brachytherapie
27β--Zerfall (1896)
• Kerne mit Neutronenüberschuss
� durch Spaltung schwerer Kerne
� durch Neutronenbeschuss
• Umwandlung eines Neutrons in
ein Proton
• Massenzahl bleibt konstant
• Ordnungszahl steigt um 1
28β--Zerfall (1896)
• Kerne mit Neutronenüberschuss
� durch Spaltung schwerer Kerne
� durch Neutronenbeschuss
• Umwandlung eines Neutrons in
ein Proton
• Massenzahl bleibt konstant
• Ordnungszahl steigt um 1
29β--Zerfall (1896)
• Kerne mit Neutronenüberschuss
� durch Spaltung schwerer Kerne
� durch Neutronenbeschuss
• Umwandlung eines Neutrons in
ein Proton
• Massenzahl bleibt konstant
• Ordnungszahl steigt um 1
30Bohr-Sommerfeld'sches Atommodell
K-L-
M- Schale
28SiOrdnungszahl 14
Massezahl 28
•6
31K-Einfang (1937)
• Kerne mit Protonenüberschuss
• Einfang eines Hüllenelektrons
durch den Kern
• Umwandlung eines Protons in
ein Neutron
• Massenzahl bleibt konstant
• Ordnungszahl sinkt um 1
• Röntgenstrahlung wird abgegeben
32
Quelle für die Brachytherapie
5
3,5
33
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
rel. E
inh.
∆r = 30 cm
34
Dosisabfall Linearbeschleuniger
∆r = 30 cm
∆D
= 1
rel. E
inh.
35
Vorteil: Hoher Dosisgradient
• bei der Brachytherapie durch die
Quellennähe
• => Dosisoptimierung durch Geometrie der
Nadelplatzierung
• => Schonung nahegelegener Risikoorgane
36
Afterloading
•7
37
Brachytherapie
38
Brachytherapie
• Moulagen: Kontakttherapie
• intrakavitäre BT: 192Ir
� gynäkologische Tumore
� bronchiale Tumore
• interstitielle BT: 192Ir
� über Implantate
39
Moulagen
40
Moulagen
• Kontakt-
therapie
41
Moulagen
• Kontakt-
therapie
42
Moulagen
• Kontakt-
therapie
•8
43
Brachytherapie: Bronchus
44
Brachytherapie: Bronchus
45
Brachytherapie: Bronchus
46
Vaginale Brachytherapie: Corpus
47
Vaginale Brachytherapie: Corpus
48
Vaginale Brachytherapie: Corpus
•9
49
Vaginale Brachytherapie: Corpus
50
Vaginale Brachytherapie: Corpus
51
Vaginale Brachytherapie: Cervix
GebärmutterEierstock
Eileiter
Gebärmutterhals
innerer Muttermund
äußerer Muttermund
Vagina
52
Vaginale Brachytherapie: CervixRing-Stift-Applikator
53
Vaginale Brachytherapie: CervixRing-Stift-Applikator
54
Vaginale Brachytherapie: Cervix
•10
55
Vaginale Brachytherapie: Martinez
56
Spickungen verschiedener Organe
Beispiele:
� Prostata
� Thoraxwand
� Mamma
� Mundboden
� Schädel
57
Prostata: Spickung
Blase
Template
Rektum
Schallkopf
58
Prostata: Spickung
59
Prostata: Spickung
60
Prostata: Spickung
•11
61
Prostata: Seedimplantation (LDR)
62
Prostata: Seedimplantation (LDR)
• Iod -125, 125I
• Halbwertszeit, t½: 60,25 d
• Gamma - Energie: 35 keV
63
Prostata: Seedimplantation (LDR)
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Brachytherapie: Mammaspickung
65
Rekonstruktionen zur Brachytherapie: Thoraxwand
65
66
Brachytherapie: Mammaspickung
•12
67
Brachytherapie: Mammaspickung
68
März 2008 / 68
Brachytherapie: Mammaspickung
69
Brachytherapie: Mammaspickung
70
Brachytherapie: Mammaspickung
71
Brachytherapie: Mammaspickung
März 2008 / 71
Vor der IMBT
4 Jahre nach IMBT
72
HNO: Rekonstruktionen zur Brachytherapie: Zungengrund
72
•13
73
HNO: Rekonstruktionen zur Brachytherapie: Zungengrund
73
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HNO: Rekonstruktionen zur Brachytherapie: Zungengrund
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Rekonstruktionen zur Brachytherapie: Orbita
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HNO:Rekonstruktion zur Brachytherapie:Orbita
77Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasopharynx
78
Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasopharynx
•14
79
Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasopharynx
80
Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasennebenhöhle
81Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasennebenhöhle
82
Rekonstruktion zur Brachytherapie:Nasennebenhöhle
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Brachytherapie
• Ruthenium Augenkalotten gegen
Aderhautmelanome
• Personal hat direkten Kontakt mit der
radioaktiven Quelle
84
84
Produktbeschreibung
• Kontaktstrahlenquelle zur Behandlung von
Augentumoren
• Ru-106 Augenapplikatoren sind
umschlossene radioaktive Stoffe
• Kapselmaterial: Reinstsilber; 960,8°C SP
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85
Manuelle Applikation: Ruthenium Augenkalotten
85
86
Ruthenium Augenkalotten
• 106 – Ruthenium
• hartes weißes Metall
• ß- _ Zerfall
• Energie = 3,54 MeV
87
Radioaktiver Zerfall
Ruthenium-106 β- - Zerfall
�
Rhodium -106 β- - Zerfall
88
Ruthenium Augenkalotten
89
Anatomie des Auges
90
Ruthenium Augenkalotten
• Aderhautmelanom
•16
91
Ruthenium Augenkalotten
• GTV und CTV eines Aderhautmelanoms
• Dosisverteilung
92
Ruthenium Augenkalotten
• 3D Bestrahlungsplanung
93
Ruthenium Augenkalotten
94
ENDE