Seit 1998 werden am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH (HZB) in Kooperation mit der Charité-Universitätsmedizin Berlin Augentumore mit Protonen bestrahlt. Dazu beschleunigt ein Zyklotron, welches hauptsächlich für die Therapie genutzt wird, die Protonen auf eine Energie von 68MeV. Neben dem Therapieplatz existiert auch ein Experimentierplatz zu Forschungszwecken. Die Strahlaufbereitung erfolgt in beiden Anwendungsgebieten primär durch passives Aufstreuen des Strahls mit einer einzelnen Streufolie. Dies führt jedoch zu erheblichen Strahlverlusten, die die erreichbare Strahlintensität bzw. Dosisleistung im Feld limitieren. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Bestrahlungsplatz mit aktiver, dreidimensionaler Strahlführung aufzubauen, um eine möglichst effiziente Strahlstromnutzung zu ermöglichen und flexibel auf Anforderungen an das Bestrahlungsfeld eingehen zu können. Zu diesem Zweck wurde ein Modell entwickelt, welches unter Berücksichtigung verschiedener Parameter der Messgeometrie, Strahlcharakteristik und Felderzeugung Strahlprofile berechnet. Dieses Modell wurde im Vergleich mit Monte-Carlo Simulationen und Messungen getestet und verifiziert. Anschließend konnten Untersuchungen zur Positionierung der verwendeten Komponenten durchgeführt sowie deren Einflüsse auf Penumbra, Homogenität und Transmission der Strahlfelder analysiert werden. Es zeigte sich, dass die hohen klinischen Anforderungen für die Anwendung in der Augentumortherapie am HZB erfüllt werden können, sofern stärkere Magnetspulen verwendet werden. Mit Hilfe des Modells wurden für einen optimierten Aufbau Strahlprofile berechnet und charakterisiert. Es konnte so gezeigt werden, dass unter diesen optimierten Bedingungen eine Anwendbarkeit des aktiven Systems in der Augentumortherapie möglich ist. Des Weiteren wurde im Verlauf dieser Arbeit ein statischer Modulator für den Bestrahlungsplatz am HZB entwickelt, mit Hilfe eines 3D-Druckers hergestellt und erfolgreich getestet. / Since 1998, ocular tumours have been irradiated with protons at the Helmholtz- Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH (HZB) in cooperation with Charité-Universitätsmedizin Berlin. For this purpose a cyclotron is operated which accelerates protons to an energy of 68MeV and is mainly used for therapy purposes. In addition to the therapy station there is also an experimental station for research purposes. In both application areas, beam delivery is primarily achieved by passive scattering using a single scattering foil. However, this leads to considerable beam losses, which in turn limit the maximum beam intensity or dose rate in the irradiation field. The aim of this work is to construct an irradiation setup with active three-dimensional beam delivery in order to enable the most efficient possible use of beam current and to be able to respond flexibly to different irradiation field requirements. Therefore, a model was developed which calculates beam profiles taking into account various parameters of the measurement geometry, beam characteristics and field generation. This model was tested and verified in comparison with Monte Carlo simulations and measurements. Subsequently investigations into the positioning of the components used could be carried out and their influences on penumbra, homogeneity and transmission of the beam fields analysed. It was found that the high clinical requirements in terms of maximum penumbra and field homogeneity for the application in eye tumour therapy at HZB can be met if stronger magnetic coils were used. Model calculations were used to calculate and characterize different beam profiles for an optimized setup. It could be shown that under these optimized conditions an applicability of the active system in eye tumour therapy is possible. Furthermore, a static modulator for the irradiation site at HZB was developed in the course of this work, manufactured using a 3D printer and successfully tested.

Die Protonentherapie von Aderhautmelanomen wird vor allem für die Behandlung von Tumoren nahe kritischer Strukturen (Sehnerv) und bei großen Tumoren angewandt. Dabei ist die begrenzte Reichweite der Protonen vorteilhaft, die scharf begrenzte Dosisfelder im Auge ermöglicht, und das an den Tumor grenzende gesunde Gewebe bestmöglich schont. Daher erfolgt die Positionierung der Patienten und der Strahlenfelder in der Augentumortherapie, wie auch die regelmäßigen Konstanzprüfungen, mit einer Reichweitengenauigkeit in Wasser von 0,1 mm. Mit einem Multi-Leaf Faraday Cup (MLFC) kann die Reichweite der Protonen in kurzer Zeit sehr genau gemessen werden. Dabei misst der MLFC die differentielle Fluenz der Protonenstrahlen, also das Reichweitenprofil. Er besteht aus einem Stapel Folien, abwechselnd leitend und isolierend. Eindringende Protonen deponieren eine zusätzliche Ladung in der Folie in der sie stoppen. Durch eine gleichzeitige Strommessung an allen Folien misst der MLFC relativ schnell die Reichweite der Protonen. Aufgabe dieser Arbeit ist es, einen MLFC entsprechend den Anforderungen der Augentumortherapie zu entwickeln, aufzubauen und mögliche Anwendungspotentiale zu untersuchen. Dafür wurden Monte-Carlo-Rechnungen mit MCNPX 2.6 und SRIM durchgeführt, verschiedene Folienstapel an Luft und im Vakuum untersucht, verschiedene Messelektroniken zur gleichzeitigen Messung von Strömen im pA-Bereich in vielen Kanälen getestet, ein Absorbersystem für einen variablen Messbereich von 30 MeV bis 70 MeV aufgebaut und die entsprechende Mess- und Steuersoftware in LabVIEW 2011 entwickelt. Es wurde die Genauigkeit der Reichweitenmessungen untersucht und gezeigt, dass der MLFC durch seine Mobilität eine schnelle Energiebestimmung an unterschiedlichen Experimentierplätzen erlaubt. In der Therapie ist neben der einfachen Bestimmung der maximalen Reichweite der Protonen auch die regelmäßige Kontrolle der Modulation der ausgedehnten Bragg-Kurven möglich. / Proton therapy of uveal melanomas is primarily used for the treatment of tumors near critical structures (optic nerve) and in large tumors. The great advantage of protons is their sharply limited range in tissue, which leads to sharp defined dose fields in the eye and the dose absorbed by the healthy tissue around the tumor can be reduced. Therefore, the positioning of the patient and the radiation fields, as well as the regular control measurements in the eye tumor therapy requires an accuracy of 0.1 mm in water. A Multi-Leaf Faraday Cup (MLFC) gives the opportunity to measure the proton range relatively fast and accurate. The MLFC measures the differential fluence, which means the range profile of the proton beam. It consists of a stack of sheets, alternating conductive and insulating, and the penetrating protons bring their additional charge into the sheet in which they stop. By measuring the corresponding current in each conducting sheet at the same time, the MLFC can quickly measure the range of the protons. The task of this work is to develop a MLFC with respect to the requirements of the eye tumor therapy and to explore possible application potentials. Therefore, Monte Carlo calculations with MCNPX 2.6 and SRIM were conducted, various foil stacks were studied in air and in vacuum, different measurement electronics for measuring currents in the pA range in many channels simultaneously were tested, a system of degraders for a variable measuring range from 30 MeV to 70 MeV was developed and the corresponding measurement and control software was written in LabVIEW 2011. The accuracy of the range measurements was examined and it was shown that a quick energy measurement at different target stations can be made by the MLFC due to its mobility. In therapy, in addition to the determination of the maximum range of the proton beam, the regular monitoring of the modulation of the extended Bragg-curves is in principle possible.