Fachbereich Mathematik - GSI

1 Einleitung
z [nm]
12 C-Ionen Röntgen
x [nm]
z [nm]
x [nm]
Abbildung 1.6: Vergleich der simulierten Bahnspuren von 12 C-Ionen und Röntgen mit der schematischen
Darstellung einer DNA-Doppelhelix. Die farbigen Linien repräsentieren die Spuren der
emittierten Sekundärelektronen. Die höhere Ionisationsdichte kann bei der Teilchenstrahlung deutlich
beobachtet werden. Der dabei entstehende DNA-Schaden ist schwierig zu reparieren. Die geringe
Ionisationsdichte von der Röntgenstrahlung verursacht meist reparable Einzelstrangbrüche.
wobei die Konstanten α und β von der bestrahlten Zelllinie abhängen. Ein großes
α-Verhältnis
steht für ein geringes Reparaturvermögen der Zelllinie, während ein
β
kleines α-Verhältnis
ein hohes Reparaturvermögen bedeutet.
β
Die gleiche absorbierte Dosis kann bei verschiedenen Strahlarten unterschiedliche
biologische Effekte auslösen. Ein Maß dafür ist die relative biologische Wirksamkeit
(RBW). Die RBW ist definiert als das Verhältnis der Dosis einer Bezugsstrahlung
zu der Dosis einer zu vergleichenden Strahlung, wobei mit beiden Dosen die gleiche
biologische Wirkung erreicht wird:
RBW =
DBezugsstrahlung
Dzu vergleichende Strahlung
Isoeffekt
. (1.6)
Verschiedene RBW-Werte von 12 C-Ionen, mit Röntgen als Bezugsstrahlung, können
aus den entsprechenden Überlebenskurven in Abbildung 1.5 entnommen werden.
Dabei ist stets eine RBW von > 1 zu beobachten. D.h., dass Kohlenstoff, bei gleicher
physikalischer Dosis, eine höhere biologische Wirkung als Photonen besitzt. Dies
kann unter anderem dadurch erklärt werden, dass die Bahnstruktur von Teilchenstrahlen
eine höhere Ionisationsdichte aufweist, was zahlreiche Doppelstrangbrüche
induziert (siehe Abb. 1.6) [KK94].
Wegen der höheren biologischen Wirksamkeit können Tumorzellen mit 12 C-Ionen
effizienter inaktiviert werden als mit Photonen oder Protonen. Dies ist ein weiterer
Vorteil der Kohlenstofftherapie [WK09]. Da die RBW von vielen Eingangsparametern
abhängt, wie z.B. Art der Strahlung, bestrahlter Gewebetyp, Dosis und Energie,
ist die Berechnung sehr komplex. Dafür wurde an der GSI das Local-Effect-Model
(LEM) entwickelt, mit dem die relevanten RBW-Werte bestimmt werden können.
Auf das LEM wird in dieser Arbeit nicht näher eingegangen. Details befinden sich,
neben zahlreichen anderen Veröffentlichungen, in [Sch03, EKS08, Gem09].
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