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Technik im Physikunterricht - Technische Universität Braunschweig

Technik im Physikunterricht - Technische Universität Braunschweig

Der Vorteil

Der Vorteil szintigraphischer Methoden gegenüber der Röntgencomputertomographie liegt in dem größeren Kontrast der Aufnahmen im Gewebe und der geringeren Strahlenbelastung. Abbildung 80: Gehirn-SPECT (Quelle: http://www.epileptologiebonn.de/upload/homepage/lehnertz/NukMed3.pdf) Die physikalischen Methoden in der Medizin sind sehr vielfältig und eignen sich oft gut, um den im Physikcurriculum geforderten Stoff zu vermitteln. Speziell die Verfahren der Nuklearmedizin wie SPECT lassen sich in den Bereich der Kernphysik einordnen. Die Schüler lernen so einen wichtigen Einsatz der Radioaktivität in der Medizin kennen. Außerdem kann so fächerübergreifend unterrichtet werden. b) Eigenschaften der Radionuklide in der Nuklearmedizin Um bei möglichst geringer Strahlenbelastung ein aussagekräftiges Bild zu erhalten, sollte eine in der Nuklearmedizin verwendete ideale Quelle mehrere Kriterien erfüllen. Das im Radiopharmakon enthaltene Nuklid sollte 1. organspezifisch sein, d.h. sich möglichst nur im Zielorgan anreichern; die Anreicherung sollte Auskunft geben über die Funktion des Organs und diese nicht beeinträchtigen, 2. ein reiner Gammastrahler sein, da andere Strahlenarten aufgrund ihrer geringen Reichweite nichts zur Bildentstehung beitragen können; die Dosis im Organ und im umliegenden Gewebe würde sich jedoch vergrößern, 3. eine Gammaenergie zwischen 100 und 200 keV haben, damit sie ausreicht um aus dem Körper auszutreten und nicht zu groß ist, um vom Detektor mit guter Ausbeute eingefangen werden zu können, 4. eine Halbwertszeit haben, die möglichst klein ist, um die Strahlenbelastung des Patienten möglichst gering zu halten. Gleichzeitig muss sie ausreichend groß sein, damit das Radiopharmakon Transport, Zubereitung, Injektion, Verteilung im Patienten und die Untersuchung überdauert, 5. in der Herstellung einfach sein. 78

Die Halbwertszeit einiger Nuklide ist so kurz, dass sie direkt vor Ort von sogenannten Nuklidgeneratoren (vgl. Abbildung 81) hergestellt werden müssen. Ein Beispiel für ein kurzlebiges Nuklid ist das oft verwendete Technetium 99m Tc mit einer Halbwertszeit von sechs Stunden. Es entsteht durch den Zerfall der Muttersubstanz 99 Mo (Molybdän) mit einer Halbwertszeit von 67 Stunden, die in einer Lösung in einem bleiverschlossenen Behälter gelagert wird. Das Tochterelement 99m Tc löst sich gut in Kochsalz, daher wird es bei Bedarf mit einer Kochsalzlösung eluiert, d.h. herausgespült. Man spricht bei diesem Vorgang vom „Melken“. Abbildung 81: Aufbau eines Technetiumgenerators (Quelle: Büll: Klinische Nuklearmedizin, 1990) Die Nuklide bzw. ihre Muttersubstanzen, die in der Nuklearmedizin verwendet werden, werden entweder in einem Kernreaktor isoliert oder in einem Zyklotron (PET) hergestellt. Im zweiten Fall sind die Kosten aufgrund der hohen Bau- und Energiekosten beim Betrieb erheblich höher. Außerdem ist ein Zyklotron nicht in jedem Krankenhaus vorhanden. c) Der Szintillationsdetektor Der am häufigsten verwendete Detektor in der Nuklearmedizin ist der Szintillationsdetektor (Abbildung 82). Er besteht aus einem Kristall, dem Szintillator, einem Sekundärelektronenvervielfacher (SEV oder Photomultiplier PMT) und der angeschlossenen elektronischen Messapparatur. Der Kristall ist wegen seiner hohen Nachweiswahrscheinlichkeit häufig ein mit 0.1% Thallium dotierter Natriumiodid-Kristall (NaI(Tl)-Kristall). Er nimmt die durch einen der drei Wechselwirkungsprozesse Photoeffekt, Comptoneffekt oder Paarbildung an den Kristall übertragene Energie der γ-Quanten auf und verwandelt diese in einen Lichtblitz (scintilla = Funke), d.h. in Photonen, deren Wellenlänge im sichtbaren Bereich liegt. Die Intensität des Lichtblitzes ist proportional zur Energie des aufgenommenen γ-Quants. Die Photonen treffen nun auf eine Photokathode des SEV, die nun Elektronen emittiert, deren Energie und Intensität so gering ist, dass sie nicht detektiert werden können, daher werden sie vom SEV um einen Faktor von 10 5 bis 10 6 verstärkt. Am Ende werden die auftreffenden Elektronen als Strom gemessen. Die Stromstärke ist dabei proportional zur Energie des im Kristall absorbierten γ-Quants. 79

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