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Unterrichtsvorbereitu­ng
Physik

Musikgymnasium Wien

1; 2018

Maren T. ©
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ID# 77556







PET-Scan und CT


PET-Scan

=Positronen-Emissions-Tomographie

PET ist derzeit eine der modernsten und präzisesten Methoden der Tumor-Diagnostik. Man kann damit die exakte Größe, Position und Ausbreitung der Krebserkrankung feststellen. Noch dazu ist diese Verfahren sehr risikoarm, da nur eine geringe Strahlenbelastung besteht.

Heutzutage wird eine PET-Untersuchung meist zusammen mit einem CT durchgeführt.

Da der PET-Scan eine nuklearmedizinisches Verfahren ist, wird vor der Untersuchung eine radioaktiv markierte Substanz, der sogenannte Tracer, verabreicht. Im Endeffekt wird dann die Verteilung dieser Substanz im Körper gemessen.

Mit dem PET-Scan können auch Stoffwechselvorgänge dreidimensional dargestellt werden. Dabei wird ein Verwandter des Traubenzuckers (mit dem radioaktiven Isotop Fluor-18 markiert) verwendet.


Ablauf des Verfahren:

Es sollte 6 Stunden vor der Untersuchung nichts gegessen und getrunken werden (außer Leitungswasser).

Zuerst wird einmal das radioaktive Arzneimittel intravenös verabreicht. Die nächsten 45-90 Minuten muss man ruhig liegen und nicht sprechen, damit sich der Tracer im Körper verteilen kann.

Danach erfolgt die Untersuchung (20-45 Minuten) in einem PET-Scanner, der einem CT ähnelt, wo der Körper schrittweise aufgenommen wird. Ein Computer, der an die Kamera gebunden ist, bildet daraus ein Bild, aus welches man lesen kann, wie der Tracer im Körper verteilt wurde.


Physikalischer Vorgang:

Durch den Zerfall des Atomkerns wird ein Positron freigesetzt. Dabei handelt es sich um ein Antiteilchen des Elektrons, um ein sogenanntes positiv geladenes Teilchen mit der gleichen Masse und Spin wie ein Elektron. Trifft dieses Teilchen auf ein Elektron, werden beide vernichtet.

Dadurch entstehen 2 Gammaphotonen, die in zwei gegenüberliegende Richtungen abgestrahlt. Danach treffen die Photonen auf Szintillationskristalle und erzeugen Lichtblitze. Wenn sich dann mehrere Kreuzungslinien in einem Punkt treffen (dort wo sich das Radiopharmakon angereichert hat), wird vom Computer ein 3D-Bild berechnet.

Neuere Geräte werden heutzutage mit der „Time of Flight-Technologie“ bedient. Dabei wird die Differenz der Flugzeit (wie der Name auch schon sagt) von jeweils 2 gegenüber einschlagenden Gammaphotonen berechnet. Das führt zu einer besseren Lokalisation und Darstellung eines Bildes.

Wenn man PET und CT Aufnahmen übereinander lagert, kann man nicht nur den Stoffwechselvorgang untersuchen, sondern auch die Strukturen und Funktionen des Gewebes.


Die Radiopharmakonen werden in einem Zyklotron erzeugt. Jedoch ist die Herstellung wegen den chemischen und physikalischen Eigenschaften eines Radiopharmakons sehr aufwendig. Der Zyklotron ist ein Teilchenbeschleuniger. In ihm werden geladene Teilchen auf einer Bahn solange beschleunigt, bis sie fast die Lichtgeschwindigkeit erreichen.

Danach lenkt man die energiereichen Ionen auf eine Materialprobe. Dies erfolgt so: Die Ionen verlassen das Magnetfeld und werden in eine andere Kammer transportiert. Sie können bis in den Atomkern eindringen. Durch die Wechselwirkung kann die Anzahl der Protonen und Neutronen variieren.

So entsteht ein radioaktives Isotop, das nach ein paar Stunden zerfällt. Das Fluor-18-Isotop zerfällt innerhalb von 2 Stunden.




CT

=Computer-Tomographie

CT ist eine computergestützte Röntgenuntersuchung. Der einzige Unterschied zwischen einem „normalen“ Röntgen und einem CT, ist, dass ein „normales“ Röntgen ein 2D-Bild liefert und ein CT hingegen ein Schnittbild durch den ganzen Körper oder durch einen bestimmten Körperteil. So entstand auch der Name. „Tome“ bedeutet im Griechischen „Schnitt“.

Mit den Aufnahmen können Strukturen aus dem Inneren des Körpers dreidimensional dargestellt werden.

Entwickelt wurde es von dem amerikanischen Physiker Allan M. Cormack und dem britischen Elektrotechniker Godfrey Hounsfield. Sie erhielten 1979 einen Nobelpreis.


Der Patient wird auf einer Liege in den Apparat geschoben. Während der Aufnahme darf sich aufgrund der Strahlenbelastung niemand im Raum aufhalten. Der Patient muss während der Untersuchung ganz ruhig liegen, damit die Qualität des Bildes nicht eingeschränkt wird. Dieser Ablauf benötigt heutzutage in den meisten Fällen circa 3 Minuten.

In manchen Fällen werden Röntgenkontrastmittel eingesetzt. Dieses Kontrastmittel wird vor der Untersuchung über eine Vene eingespritzt.


Physikalischer Vorgang (Erzeugung von Röntgenstrahlung):

Die Elektronen bewegen sich in einer Glühkathode so schnell, dass sie diese verlassen können. Diese freien negativen Teilchen werden mithilfe einer Hochspannung in einem elektrischen Feld beschleunigt und prallen dann auf eine Anode.

  1. Wegen der Ablenkung im elektrischen Feld entsteht die sogenannte „Bremsstrahlung“

  2. Beim Abbremsen in der Anode wird Strahlung mit unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt


Röntgenstrahlung verhält sich unter bestimmten Bedingungen wie Wellen, unter anderen wie Teilchen (Quantentheorie).

Der Röntgenstrahl besteht aus vielen Photonen. Deshalb gilt: Je intensiver der Strahl ist, desto mehr Photonen sind beinhaltet.


Es gibt 2 Mechanismen, um die Röntgenstrahlen im Körper zu schwächen: Photoeffekt, Compton-Effekt.

Photoeffekt: Das Röntgenphoton stößt ein Elektron aus dem Atom. Dabei wird das Photon vernichtet und das Elektron entfernt sich. Wenn es nach dem Stoß noch vorhanden ist, spricht man vom Compton-Effekt.



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