Wie funktioniert die Schwerionentherapie?

In der Schwerionentherapie werden vorzugsweise Tumore im Kopf und im Rückenmark behandelt. Sie werden mit Kohlenstoffionen bestrahlt. Es handelt sich bei den Kohlenstoffionen um verhältnismäßig schwere Teilchen, die aus zwölf Protonen und zehn oder elf Neutronen im Kern, sowie weniger als zwölf Elektronen in der Hülle bestehen. Kohlenstoffionen sind positiv geladene Teilchen. Das bedeutet, ihnen kann durch elektrische Felder gezielt die für die Therapie benötigte Energie zugefügt werden.
Die Formel für die zugeführte Energie lautet:

E=q*U.

Die Energie wird abhängig davon gewählt, wie tief die Ionen bis zum Tumor in den Körper vordringen müssen. Sie brauchen um so mehr Energie, je tiefer sie gehen sollen.
Der Vorteil der Kohlenstoffionen ist es, daß sie auf ihrem Weg durch das gesunde Gewebe so gut wie keine Energie an dieses abgeben, und so auch keine unnötige Schädigung der Zellen bewirken. Sie geben also fast ihre gesamte Energie am Ende ihrer Bahn ab, sind also am Tumor maximal wirksam. Durch die hohe Energie, die an die Krebszellen abgegeben wird, werden diese mit hoher Wahrscheinlichkeit zerstört.
An ihren jeweiligen Bestimmungsort können die Kohlenstoffionen durch magnetische Felder gebracht werden. Dies liegt daran, daß elektrisch geladene bewegte Teilchen in Magnetfeldern abgelenkt werden. Das Prinzipt ist das gleiche wie beim Fernseher.
Um einen Eindruck davon zu kriegen, was mit den beschleunigen Kohlenstoffionen passiert, kannst Du folgende Abbildung ansehen:

Wie funktioniert die Einzelphotonenemissionstomograpie (SPECT)?

Bei der SPECT wird dem Patienten ein radioaktives Radionuklid verabreicht. Dieses sendet (emitiert) einzelne Gamma-Teilchen, die dann von einer Art Detektor, einem sogenannten Szintillationsdetektor, aufgezeichnet werden. Dieser ist so aufgebaut, daß er nur in gerader Richtung einfallende Gamma-Teilchen einfängt. Alle schräg in den Detektor einfallende Teilchen werden aussortiert. Dies hat den Zweck, daß man nur in einer bestimmten Richtung Informationen über das zu untersuchende Objekt erhält. Das ist wiederum wichtig, wenn man später mit Hilfe eines Computers dreidimensionale Bilder über das Untersuchungsobjekt erstellen will. So kann man "Mehrfachinformationen" über eine bestimmte Region und damit Fehlinformationen vermeiden.
Die in den Szintillationsdetektor einfallenden Teilchen werden von diesem verstärkt, und das verstärkte Signal an einen Computer weitergegeben. Dieser hat nun die Möglichkeit, aus den erhaltenen Meßdaten ein Bild der beobachteten Stelle zu erstellen. Damit dieses Bild dreidimensional wird, bewegt man den Detektor auf einer Kreisbahn um den Menschen herum. So kann man aus verschiedenen Winkeln Informationen erhalten, und der Computer wird fähig, ein dreidimensionales Bild der beobachteten Körperregion zu erstellen.
Moderne SPECT-Systeme besitzen mehrere Detektoren, die kreisförmig angeordnet sind. Dadurch braucht der Detektor nicht mehr um den Menschen herum bewegt werden.

Auf den "PHYSIK 2000" -Seiten kann man sich noch eine Simulation zur Tomographie ansehen:
http://www.uni-bonn.de/iap/P2K/index.html

Welche Möglichkeiten hat man nun, die bisherigen Erkenntnisse der Teilchenphysik für medizinische Zwecke zu nutzen?

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