Protonenstrahlen

Protonenstrahlen sind Strahlenbündel aus Protonen, die in Teilchenbeschleunigern auf hohe Energie gebracht und zielgerichtet auf Materie gerichtet werden. In der Medizin spricht man von Protonentherapie, einer Form der Strahlentherapie, die Tumoren mit protons bestrahlt. In der Grundlagenforschung dienen Protonen zugleich als Teilchenstrahlung in Experimenten.

Protonen entstehen in Ionenquellen und werden in Zyklotronen oder Synchrotronen beschleunigt. Für medizinische Zwecke kommen typischerweise Energien von etwa 70 bis 250 MeV zum Einsatz. Die Beamführung erfolgt über einen Strahlengang mit einem Gantry, der es erlaubt, den Strahlwinkel zu wählen. Moderne Behandlungen nutzen das Pencil-Beam-Scanning-Verfahren, teils auch passive Streuverfahren.

Die Dosisverteilung von Protonen ist durch die Bragg-Spitze charakterisiert: Protonen geben ihren größten Teil ihrer Energie am Ende der Reichweite ab, wodurch der Tumor möglichst vollständig, und das umliegende Gewebe sparsam bestrahlt wird. Die Reichweite hängt von der Gewebedichte ab und wird durch Reichweitenunsicherheiten, Bewegungen und Kalibrationsfehler beeinflusst, weshalb präzise Bildgebung und Planung notwendig sind.

Protonentherapie wird vor allem bei Tumoren in sensiblen Bereichen eingesetzt, etwa im Schädel-Hals-Bereich, am Auge (Augenmelanom) sowie bei pädiatrischen Tumoren, um Spätfolgen zu reduzieren. Die Technik findet zunehmend Anwendung in weiteren Indikationen. Klinische Ergebnisse zeigen Vorteile in der Normalgewebeschonung, aber die Kosten, Baugröße der Anlagen und die Notwendigkeit sorgfältiger Planung limitieren die Verbreitung.

Forschungstrends umfassen fortgeschrittene Scan-Verfahren, Intensitätsmodulation, Kombination mit Bildgebung und adaptive Therapien.