1. Abschnitt: Strahlentherapie
In dieser Lektion sollen Sie die Anwendung der Physik in der Strahlentherapie kennenlernen.
Die Tiefe des Tumors
Bei den Untersuchungen zur schädigenden Wirkung von geladenen Teilchen auf Gewebe wurde zur besseren Vergleichbarkeit stattdessen immer Wasser verwendet. Da Gewebe sehr viel Wasser enthält, ist Wasser als Modell sehr gut brauchbar. Die energieabgebende Wirkung von ionisierender Strahlung an Gewebe wird Dosis genannt.
Einen Strahl seitlich ablenken zu können ist zwar eine Voraussetzung der Methode, jedoch reicht das nicht aus. Denn wie kann man einen Strahl so manipulieren, dass dessen Wirkung - das heißt, dessen Energieabgabe an die kranken Zellen - genau in der erforderlichen Gewebetiefe stattfindet?
Um dieser Frage nachzugehen, hat man die Energieabgabe verschiedener Strahlungsarten an Wasser untersucht.
Die Abbildung 3 zeigt den Verlauf der relativen Dosis (auf 100% normiert) von Elektronen-, Protonen-, Kohlenstoffionen- und Röntgenstrahlung mit zunehmender Eindringtiefe ins Wasser. Danach steigt die Dosis der ionisierenden Strahlung zunächst mit zunehmender Eindringtiefe in jedem Fall an, um dann nach einem Maximum wieder abzunehmen. Am Maximum des Verlaufs ist die höchste Wirkung erreicht. In dieser Wassertiefe (Gewebetiefe) findet die größte Energieabgabe an die Zellen und damit auch die größte Schädigung der Zellen statt.
Ziel der Strahlentherapie ist es, das erkrankte Gewebe abzutöten und dabei gesundes Gewebe möglichst wenig zu schädigen. Häufig wird dazu die Röntgenstrahlung eingesetzt. Diese hat jedoch den Nachteil, dass sich die Strahlung nach Abbildung 3 mit steigender Eindringtiefe ins Gewebe nur wenig abschwächt. Das hat aber zur Folge, dass auch gesunde Zellen geschädigt werden.
Im Gegensatz zur Röntgenstrahlung geben z.B. Elektronen ihre Energie in einem schmaleren Tiefenbereich an die Gewebezellen ab. Das trifft aber besonders deutlich auf die Protonen und positiv geladenen Kohlenstoffatome (C-Ionen) zu. Bei diesen Ionen ist die wesentliche Energieabgabe auf einen sehr kleinen Tiefenbereich - der Eindringtiefe - beschränkt.
Durch diese Eigenschaft kann man die Ionen so präparieren, dass sie hauptsächlich in der Tiefe wirken, in der auch der Tumor liegt. Obwohl die Herstellung ausreichend vieler dieser Ionen schwieriger ist als die Herstellung von Röntgenstrahlung, wiegen die Vorteile der Starhlentherapie durch Ionen schwerer.