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Neue Fortschritte in der Tumortherapie
18.02.2009 | Ionenstrahl-Therapiebeschleuniger mit Vakuumtechnik ausgestattet.
Von der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt wurde ein neues Therapieverfahren entwickelt, die bisher hoffnungslosen Fällen bei Tumoren Heilung bringt. Mit beschleunigten Kohlenstoffionen werden Tumore im Kopfbereich bestrahlt, die mit bisherigen Behandlungsmethoden unzureichend oder gar nicht therapiert werden konnten. Dabei kommen neue strahlenbiologische und technische Methoden zum Einsatz. Der entscheidende Vorteil der Therapie mit Ionenstrahlen besteht darin, dass man mit Kohlenstoffionen den Tumor mit bisher unerreichter Präzision bestrahlen kann. So wird nur dem Tumor irreparabler Schaden zugefügt, das gesunde Gewebe aber gleichzeitig geschont. Die Ionen dringen in den Körper ein und bleiben in einer bestimmten Tiefe des Gewebes, die von der Ionengeschwindigkeit abhängt, stecken. Die Dosis entlang des zurückgelegten Weges ist gering (siehe Grafik Seite 5). Erst in dem stecknadelkopfgroßen Gewebebereich, in dem die Ionen abstoppen, steigt die Dosis auf ein Maximum an. Dieses Dosismaximum lässt sich durch Variation der Geschwindigkeit der Ionen präzise über den Tumor führen. Im gesunden Gewebe verbleibt nur eine geringe Dosis. Die Schwerionentherapie wurde bei der GSI bereits an mehreren hundert Patienten mit großem Erfolg eingesetzt.
Europaweit erste Anlage Basierend auf diesen Ergebnissen, wird derzeit ein Therapiebeschleuniger am Universitätsklinikum in Heidelberg in Betrieb genommen, an dem mehr als 1.000 Patienten jährlich behandelt werden können. Die liegenden Patienten werden mittels individuell geformter Masken submillimetergenau von Positionierrobotern vor dem Strahlaustritt platziert. Das Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT verfügt neben zwei horizontal fixierten Strahlrohren auch über die weltweit erste Schwerionengantry. Die Gantry ist ein mehrere hundert Tonnen schweres, 360 Grad drehbares Strahlführungssystem, das es erlaubt, den Ionenstrahl aus jeder beliebigen Richtung in den Körper des Patienten zu lenken.
Für die Erzeugung und Beschleunigung der Kohlenstoffionen spielt Vakuum eine entscheidende Rolle. Nur in einem nahezu molekülfreien Raum wie im Ultrahochvakuum lässt sich die geforderte Ionenstrahlqualität erzeugen und transportieren. Kohlenwasserstofffreiheit ist neben hoher Kompression für leichte Gase ein entscheidendes Merkmal für die Auswahl der Pumpen. Entscheidend dabei – Vakuumtechnik von Pfeiffer Vacuum.
Das Universitätsklinikum Heidelberg hat sich zusammen mit der GSI in Darmstadt für Pumpsysteme von Pfeiffer Vacuum entschieden. Über die gesamte Länge des Beschleunigers wurden circa 20 Pumpstände benötigt, bestehend aus Turbopumpe und Vorpumpe, im Bereich der Quelle Pumpstände mit zwei Turbopumpen und einer Vorpumpe. Um die Bedienung zu vereinfachen, wurden die Pumpstände mit einer modernen Steuerung ausgestattet. Neben den Pumpen werden zudem die Ventile angesteuert, die bei einem Stromausfall einen Lufteinbruch in den Vakuumkammern und Strahlrohren des Beschleunigers verhindern.
Als Vorvakuumpumpe wurde die neue Kolbenpumpe XtraDry von Pfeiffer Vacuum gewählt, die absolut trocken und Kohlenwasserstofffrei arbeitet, einen guten Enddruck, eine hohe Kompression für leichte Gase und das notwendige Saugvermögen bietet. Dank der modernen Technik kann die Drehzahl der XtraDry nach Bedarf geregelt werden. Das Ultrahochvakuum wird mit den Turbopumpen von Pfeiffer Vacuum erreicht, die für ihre hervorragende Kompression bekannt sind. Diese Turbopumpen werden direkt an dem Strahlrohr angebracht, um Leitwertverluste – also geringeres Saugvermögen und schlechteren Enddruck – zu vermeiden. Da im Bereich der Ionenquelle des Beschleunigers Strahlung entsteht, wird die flexibel einsetzbare Elektronik der Turbopumpen in ausreichender Entfernung im Pumpstand positioniert.
Der Pumpstand besteht aus einem Gestell, in dem die XtraDry schwingungsfrei aufgestellt ist. Neben der Elektronik der Turbopumpe sind Komponenten wie Sicherheitsventile und Steuerung installiert. Für die Lecksuche ist ein zusätzlicher Anschluss vorgesehen. Der Pumpstand ist fahrbar und mit einer Verkleidung ausgestattet. Die Tumortherapie erfordert maximale Betriebssicherheit und Gerätebereitschaft. Die Pumpen sind für die Wartung sehr gut zugänglich. Der Lagerwechsel der Turbopumpe kann zum Beispiel in wenigen Minuten vor Ort durchgeführt werden. Restgasanalysegeräte, Vakuummessgeräte und Ventile runden das Paket ab. Pfeiffer Vacuum realisiert für diese Anwendung eine praktikable und maßgeschneiderte Lösung.Technische Daten TurbopumpständeEnddruck: < 5 · 10-10 mbar, gem. DIN 28428
Im Wesentlichen bestehend aus:
Stufe 1:
1 x Turbopumpe TMU 521,
Nennsaugvermögen: 500 l/s für N2,
Flanschanschluss in DN 160 CF,
mit Luftkühlung, Flutventil, stromlos geschlossen, direkt angebracht am Rezipienten
Stufe 2:
1 x trockenverdichtende Kolbenpumpe XtraDry
max. Saugvermögen: 7,5 m3/h,
Enddruck: < 0,1 mbar
belastungsabhängige Drehzahlregelung zur Verlängerung der Standzeiten, schwingungsentkoppelt aufgestellt in fahrbarem Gestell
Antriebselektronik und Netzteil zur Spannungsversorgung der Turbopumpe sind im Gestell integriert. Bedienung vor Ort mit einer vereinfachten Steuerung mit folgenden Funktionen:
Ein-/Austaste, Fehlerquittierung, Warnlampe, Freigabe Fluten. Eine zentrale Ansteuerung über Profibus ist möglich. Zwischen Hoch- und Vorvakuumpumpe ist ein Anschluss für die Lecksuche vorgesehen.
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