Ziel der Entwicklung
Aus den mittels der Computertomographie gewonnenen Körperdaten wird der Ablauf einer Strahlentherapie bei an Krebs erkrankten Patienten detailliert geplant. Das Projekt SiDo zielte darauf ab, ein biokompatibles Siliziumdosimeter zu entwickeln, das die Strahlenbelastung am Ort des zu behandelnden Karzinoms misst. Das ermöglicht dem Radiologen, die berechneten Bestrahlungsleistungen mit den am Ort des Karzinoms realisierten Leistungen zu vergleichen. Dies ermöglicht eine Feinkorrektur der Strahlenleistung zur Schonung des gesunden Gewebes. Im Fokus der Projektarbeit stand zum einen die Realisierung einer besonders kompakten und dosisstabilen Dosimeter-Diode, zum anderen die Entwicklung einer Montagelösung in einem hermetisch dichten und biokompatiblen Gehäuse.
Vorteile und Lösungen
Damit das Dosimeter die Strahlenbelastung am Ort des Karzinoms zuverlässig messen kann, muss sichergestellt sein, dass das Dosimeter nicht degradiert. In Simulationsrechnungen konnte gezeigt werden, dass die Degradation durch Verringerung der Epitaxie-Schichtdicke und der Ladungsträgerlebensdauer in dieser Epitaxieschicht entscheidend reduziert werden kann. Dadurch wurde die Notwendigkeit dünner Epitaxieschichten für degradationsarme Dosimeter unterstrichen. Darüber hinaus ergaben weitere Simulationsrechnungen, dass Oxidladungen auf p-Typ-Materialien einen entscheidenden Einfluss auf das Durchbruchverhalten des Diodenstroms haben. Bisher werden in der Strahlentherapie die Messsignale erfasst, indem der in einer Siliziumdiode durch die Röntgenstrahlung erzeugte Photostrom mit einem Elektrometer gemessen wird. Die im Projekt SiDo entwickelte pulssensitive Elektronik nutzt aus, dass die in der Strahlentherapie verwendeten Röntgenquellen ihre Energie in ungefähr drei µs dauernden Pulsen abgeben. Die Elektronik formt diese Pulse so, dass ein gebräuchlicher Mehrkanal-Pulshöhenanalysator (MCPHA) zur Erfassung verwendet werden kann. Während zweier Messkampagnen bei der PTB Braunschweig wurde gezeigt, dass der Einfluss des Dunkelstroms, des Hintergrundlichtes und der piezoelektrischen Eigenschaften des Kabels weitgehend reduziert wurde, so dass diese während einer Dosisbestimmung nicht mehr in Erscheinung treten und geringe Strahlintensitäten und Schwankungen genau gemessen werden können. Somit hat die pulssensitive Elektronik genügend Reserven, mit kleinen Signalen durch die Verwendung von dünnen Epischichten und geringen Ladungsträgerlebensdauern auszukommen. Damit können Dosimeter mit geringer Degradation realisiert werden. Der Aufbau des Dosimeters beruht auf ausschließlich biokompatiblen Materialien (Glashülse, Glasverschluss, Draht zur Signalabnahme), so dass Abwehrreaktionen des menschlichen Körpers nicht zu erwarten sind.
Zielgruppe und Zielmarkt
Der Zielmarkt ist die Medizintechnik, insbesondere der Bereich Strahlentherapiegeräte, aber auch das entsprechende Forschungsumfeld für neue Behandlungsstrategien und Methoden. Hierfür wurden mit dem Projekt die technologischen Grundlagen geschaffen, um in die konkrete Anwendung invasiver invo Dosis-Überwachung in unmittelbarer Nähe der zu behandelnden Organe während einer Strahlentherapiebehandlung einzusteigen. Um die Wirksamkeit und die Vorzüge einer solchen Anwendung nachzuweisen, sind weiterführende Projekte zusammen mit Anwenderunternehmen und radiologischen Experten erforderlich. Dieser Nachweis stellt auch die Voraussetzung für eine wirtschaftliche Verwertung der Projektergebnisse dar. Zu den Anwenderunternehmen zählen insbesondere Gerätehersteller und Elektronikentwickler aus den Bereichen medizinische Diagnostik und Strahlentherapieanlagen.
