Es besteht ein großer Bedarf an einer Therapie für Krebserkrankungen mit diffusen, nicht operablen Metastasen an vitalen Organen. Bei Metastasenbildung werden die Patienten im Allgemeinen nicht für eine Transplantation mit Spenderorganen vorgesehen. Das bedeutet, bei Nichtansprechen einer Chemotherapie gibt es derzeit keine Therapiealternative für diese Patienten. Wenn eine Transplantation der betroffenen Organe möglich ist, besteht eine Chance für die Anwendung eines neuen therapeutischen Konzeptes. Dieses Konzept basiert auf der Bestrahlung des isolierten Organs (Autotransplantation) mittels der Bor-Neutronen-Einfang-Therapie (BNCT). Das betreffende Organ des Patienten wird dabei zeitweise explantiert und in diesem Zeitraum einer Bestrahlungstherapie unterzogen. Diese Therapieform erfordert kein Spenderorgan und es kann dementsprechend auch zu keinen Abstoßungsreaktionen des Immunsystems durch körperfremdes Gewebe kommen. Erstmalig wurde dieses Verfahren im Dezember 2001 an der Universität Pavia an einem Patienten erfolgreich durchgeführt und damit die prinzipielle Machbarkeit belegt. Bis heute wurde in Pavia noch ein weiterer Patient mit diesem Verfahren behandelt. Nach diesen ersten Heilungsversuchen ist es jetzt erforderlich den therapeutischen Nutzen der Methode reproduzierbar nachzuweisen und diese dann für die Routineanwendung verfügbar zu machen. Das ist eine wesentliche Voraussetzung für die erfolgreiche Einführung dieser Therapieform. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine für diese Therapieform optimierte Bestrahlungseinrichtung entwickelt werden. Als Referenzorgan wird die Leber betrachtet, aufgrund ihrer hohen Wahrscheinlichkeit für eine Metastasenbildung, des Mangels an Spenderorganen und fehlender Therapiealternativen. Als geeignete Referenzneutronenquelle bietet sich der TRIGA-Reaktor an. Für diesen Reaktortyp wird die Bestrahlungseinrichtung mit technischen Details und Abmessungen konzipiert.

Es besteht ein großer Bedarf an einer Therapie für Krebserkrankungen mit diffusen, nicht operablen Metastasen an vitalen Organen. Bei Metastasenbildung werden die Patienten im Allgemeinen nicht für eine Transplantation mit Spenderorganen vorgesehen. Das bedeutet, bei Nichtansprechen einer Chemotherapie gibt es derzeit keine Therapiealternative für diese Patienten. Wenn eine Transplantation der betroffenen Organe möglich ist, besteht eine Chance für die Anwendung eines neuen therapeutischen Konzeptes. Dieses Konzept basiert auf der Bestrahlung des isolierten Organs (Autotransplantation) mittels der Bor-Neutronen-Einfang-Therapie (BNCT). Das betreffende Organ des Patienten wird dabei zeitweise explantiert und in diesem Zeitraum einer Bestrahlungstherapie unterzogen. Diese Therapieform erfordert kein Spenderorgan und es kann dementsprechend auch zu keinen Abstoßungsreaktionen des Immunsystems durch körperfremdes Gewebe kommen. Erstmalig wurde dieses Verfahren im Dezember 2001 an der Universität Pavia an einem Patienten erfolgreich durchgeführt und damit die prinzipielle Machbarkeit belegt. Bis heute wurde in Pavia noch ein weiterer Patient mit diesem Verfahren behandelt. Nach diesen ersten Heilungsversuchen ist es jetzt erforderlich den therapeutischen Nutzen der Methode reproduzierbar nachzuweisen und diese dann für die Routineanwendung verfügbar zu machen. Das ist eine wesentliche Voraussetzung für die erfolgreiche Einführung dieser Therapieform. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine für diese Therapieform optimierte Bestrahlungseinrichtung entwickelt werden. Als Referenzorgan wird die Leber betrachtet, aufgrund ihrer hohen Wahrscheinlichkeit für eine Metastasenbildung, des Mangels an Spenderorganen und fehlender Therapiealternativen. Als geeignete Referenzneutronenquelle bietet sich der TRIGA-Reaktor an. Für diesen Reaktortyp wird die Bestrahlungseinrichtung mit technischen Details und Abmessungen konzipiert.:1. Einleitung 2. Grundlagen 2.1 Krebserkrankungen der Leber 2.2 Makroskopischer und mikroskopischer Aufbau der Leber 2.3 Beschreibung der Therapieform BNCT 2.4 Biologische Wirkung der Bestrahlung 2.5 Dosiswirkungsbeziehungen 2.6 Kinetik des B-10-Pharmakons 2.7 TRIGA-Reaktor als Referenzneutronenquelle 2.8 Vorgehen beim Aufbau einer Strahlentherapie 2.9 Vorgehen für die Auslegung und Optimierung der spezifischen Bestrahlungseinrichtung am TRIGA-Reaktor in Mainz 2.10 Ausblick 3. Dosimetrie 3.1 Strahlungsfeldgrößen und Dosisbegriff 3.2 Wechselwirkungen der Strahlung mit Materie 3.2.1. Wechselwirkung von Neutronen mit Materie 3.2.2. Wechselwirkung von Photonen mit Materie 3.2.3. Wechselwirkung von Protonen, alpha-Teilchen und Elektronen mit Materie 3.3 Berechnung des Strahlentransportes und der Strahlungsfeldgrößen 3.4 Berechnung der Dosis aus den Strahlungsfeldgrößen 3.5 Berechnung der gewichteten Gesamtdosis und der Dosisanteile der BNCT 4. Anforderungen an die Bestrahlungseinrichtung 4.1 Anforderungen der Therapieform 4.2 Anforderungen aus medizinischer Sicht 4.3 Anforderungen des Medizinproduktegesetzes (MPG) und der zugehörigen Richtlinie 93/42/EWG 4.4 Anforderungen der Referenz-Neutronenquelle 4.4.1 Atomgesetz (AtG) und Verordnungen 4.4.2 Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) 5. Programme 5.1 MCNP 5.2 ATTILA 5.3 SCALE 6. Basisdaten für die Berechnungen 6.1 Leber 6.2 TRIGA Mark II Reaktor in Mainz 6.2.1 Aufbau 6.2.2 Abmessungen 6.2.3 Materialien 6.2.4 Leistungshistorie 6.2.5 Energiespektrum und Stärke der Quelle 6.2.6 Vereinfachungen und Randbedingungen 6.3 Wirkungsquerschnitte 7. Rechenmodelle 7.1 Modell zur Bestimmung optimaler Parameter für die Therapieform 7.2 Modelle des TRIGA Mark II Reaktors in Mainz 7.2.1 Modell zur Bestimmung der Quellverteilung 7.2.2 Modell zur Strahlcharakterisierung 7.2.3 Modell für die Bestimmung der Dosisanteile für das autotransplantierte Organ 8. Ergebnisse der Berechnungen 8.1 Darstellung der Ergebnisse 8.2 Optimale Parameter für die geplante Therapieform 8.2.1 Energieverteilung der Quelle 8.2.2 Ausdehnung, Intensitäts- und Winkelverteilung der Quelle 8.2.3 Positionierung des Organs im Strahlenfeld 8.2.4 Bor-Konzentration und Bor-Konzentrationsverhältnis 8.2.5 Zusammenfassung 8.3 Auslegung und Optimierung der Bestrahlungseinrichtung am TRIGA-Mark II Reaktor in Mainz 8.3.1 Charakteristik der Quelle 8.3.2 Festlegung der Position der Bestrahlungseinrichtung 8.3.3 Vergleich der Berechnungen mit Messungen 8.3.4 Optimierung der konstruktiven Ausführung 8.3.4.1 Kollimator 8.3.4.2 Absorber 8.3.4.3 Konverter 8.3.4.4 Filter 8.3.4.5 Abstand der Bestrahlungsposition von der Reaktorkernmitte 8.3.4.6 Zusammenfassung der optimierten konstruktiven Ausführung der Bestrahlungseinrichtung 8.3.5 Dosierungsfehler 8.3.5.1 Diskretisierungsfehler 8.3.5.2 Einfluss der Reaktorfahrweise 8.3.5.3 Einfluss der Aktivierung der Strukturmaterialien 8.4 Wärmebilanz 9. Optimierte Bestrahlungseinrichtung und Maßnahmen für den Umbau 10. Ablaufplan für die Therapie 11. Zielerreichung 12. Zusammenfassung 13. Literaturverzeichnis ANHANG