Fachbereich Mathematik - GSI

1.4 Strahlenbiologische Grundlagen
250 kV
Abbildung 1.5: Überlebenskurven von Zellen nach der Bestrahlung mit Röntgenstrahlen bzw.
Kohlenstoffionen in Abhängigkeit der Dosis. RBW-Werte sind für verschiedene prozentuale Überlebensanteile
angegeben. Um ein Überleben von 10% zu erreichen muss hier mit Röntgenstrahlen,
im Vergleich zu Kohlenstoffstrahlen, eine 4.2-fache physikalische Dosis appliziert werden. Bei steigender
Dosis fällt die RBW. [Mit freundlicher Genehmigung Dr. W. Kraft-Weyrather].
Das grundsätzlich unterschiedliche Tiefendosisprofil von Teilchenstrahlung gegenüber
Photonenstrahlung ist für die Strahlentherapie von großer Bedeutung. Besonders
der scharfe Bragg-Peak bei 12 C erlaubt eine konzentrierte Dosisapplikation im
Tumor. Ein weiterer physikalischer Effekt, der in der Strahlentherapie berücksichtigt
werden muss, ist die laterale Aufweitung des Strahlenbündels beim Eintreten
in Materie (siehe Abb. 1.4). Die geringe Aufweitung des 12 C-Strahlenbündels ist ein
weiterer Vorteil der Kohlenstofftherapie.
1.4 Strahlenbiologische Grundlagen
Beim Eintritt ionisierender Strahlung in biologisches Gewebe kommt es im mikroskopischen
Bereich zur Schädigung der DNA (Desoxyribonukleinsäure). Die im Zellkern
liegende DNA kann dabei so stark geschädigt werden, dass die zahlreichen Reparaturprozesse
der Zelle nicht mehr greifen können und es kommt zur Apoptose (programmierter
Zelltod) [A + 99]. Besonders eine hohe Anzahl an Doppelstrangbrüchen,
in der DNA-Doppelhelix, führt zur Zellinaktivierung.
Die Strahlenwirkung auf zelluläres Gewebe wird anhand von Überlebenskurven
gemessen. Diese beschreiben die Wahrscheinlichkeit des Zellenüberlebens S als Funktion
der absorbierten Dosis D. Messungen haben das folgende "linear-quadratische"
Modell motiviert [Hal94]:
S(D) = e −(αD+βD2 ) , α ≥ 0 , β ≥ 0 , (1.5)
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