Fachbereich Mathematik - GSI

12C-Strahl ✏✏
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11C-Teilchen ✏
1.5 Das Kohlenstoff-Therapieprojekt der GSI
Gammaquant
Detektoren
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Abbildung 1.9: Schematische Darstellung der PET-Analyse. Oben: Fragmentation zwischen einem
12 C-Teilchen und 16 O-Teilchen. Dabei kann es vorkommen, dass nach der Kollision ein radioaktives
11 C-Teilchen entsteht. Flugrichtung und Geschwindigkeit des 11 C-Teilchens unterscheidet sich
kaum zu der vom vorhergehenden 12 C-Teilchen. Unten: Durch Zerfall des 11 C-Teilchens am Endpunkt
werden zwei Gammaquanten ausgesendet, die von den Detektoren gemessen werden. Durch
Rückrechnung kann die Reichweite des ursprünglichen 12 C-Strahls im Patienten gemessen werden.
Beschleunigeranlage stellt 253 verschiedene Energien (80MeV/u - 430MeV/u) des
12 C-Strahls zur Verfügung, was einer wasseräquivalenten Reichweite von ca. 2-31cm
entspricht. Des Weiteren können sieben Strahldurchmesser (4-12mm) eingestellt werden.
Mit dieser Technik kann ein dünner Strahl präzise über das dreidimensionale
Zielvolumen geführt werden.
Ein Interlocksystem kontrollierte im Submillisekundenbereich den Bestrahlungsablauf
und sorgte, bei einem Fehlverhalten, für einen sofortigen Abbruch der Bestrahlung.
Zur Verifikation der Bestrahlung wurde die sog. Positronen-Emissions-Tomographie
(PET) verwendet [E + 99]. Die PET bietet die Möglichkeit, ohne zusätzliche
Dosisbelastung, den Strahl im Patienten zu verfolgen. Eine PET-Analyse fand nach
jeder Bestrahlungsfraktion statt. Die PET basiert darauf, dass bei der Passage des
12 C-Strahls durch das Gewebe ein kleiner Teil der 12 C-Teilchen in instabile 11 C-
Isotope 2 umgewandelt wird. Die Reichweite des 11 C-Teilchens unterscheidet sich nur
minimal zur Reichweite des 12 C-Teilchens, das 11 C-Teilchen zerfällt jedoch am Endpunkt.
Beim Zerfall der 11 C-Teilchen entstehen β + -Emitter (Positronen 3 ). Durch
Annihilation 4 der Positronen mit Elektronen werden Gammaquanten 5 ausgesendet,
die von der PET-Kamera detektiert werden. Durch Rückrechnung kann dann die Position
des Zerfalls des 11 C-Isotops, und damit die Strahlreichweite, bestimmt werden.
2 Isotope sind Atome mit gleicher Protonenanzahl aber unterschiedlicher Neutronenanzahl.
3 Das Positron ist das Antiteilchen des Elektrons (also positiv geladen).
4 Unter Annihilation versteht man in der Teilchenphysik die Paarvernichtung eines Teilchens mit
seinem Antiteilchen.
5 Gammaquanten sind elektromagnetische Strahlen.
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