24.01.2014

Crystal Clear: Mit Teilchenphysiktechnologie gegen Brustkrebs

Die Kristalle des CMS-Kalorimeters beim Testen. Foto: CERN

In CMS haben sie sich bewährt: Blei-Wolframat-Kristalle. Rund 76.000 dieser Kristalle sitzen im elektromagnetischen Kalorimeter des Detektors, wo die Energie von Teilchen gemessen wird, die in den Kollisionen von Protonen im LHC entstehen. Nach der erfolgreichen Entwicklung der Kristalle hat die Crystal Clear Collaboration die Technologie auf andere Anwendungsmöglichkeiten geprüft. Seit wenigen Jahren werden nun zwei Prototypen getestet, die helfen könnten, die Brustkrebsvorsorge deutlich zu verbessern.


Die Crystal Clear Collaboration, der 20 Institute und Universitäten aus 12 Ländern angehören und die ursprünglich für die Entwicklung von Kristallen für Teilchenphysik gegründet wurde, nennt ihre Entwicklung ClearPEM. Dabei verbirgt sich hinter den Buchstaben PEM, die für Positronen-Emissions-Mammographie stehen, die Idee einer bekannten Anwendung: es handelt sich um einen Positronen-Emissions-Tomographen, kurz PET, der für die Mammographie optimiert wurde. Genau wie beim PET wird dem Patienten ein Präparat verabreicht, das Antimaterie-Teilchen – Positronen – aussendet. Trifft die Antimaterie auf die Materie des umliegenden Gewebes, vernichten sie sich und es wird Energie in Form von Photonen frei. Diese lassen sich dann mit Detektoren aufzeichnen. Da das Präparat von gesunden Zellen weniger stark aufgenommen wird als von Krebszellen, lassen sich diese Gewebe im Scan unterscheiden.

Kristalle des Clear PEM. Foto: CERN

Verwendet werden für das ClearPEM ähnliche Kristalle wie in den großen Detektor-Verwandten am CERN. Der einzelne Kristall ist jedoch mit 2 Millimetern Breite und Höhe und 20 Millimetern Länge deutlich kleiner als bei CMS, wo jeder Kristall etwa 2,2 Zentimeter breit und hoch und 23 Zentimeter lang ist. Die Vorteile von PEM gegenüber konventioneller Mammographie mit Röntgenstrahlen liegen vor allem in der Empfindlichkeit der Bilder, die verspricht bis zu fünf Mal größer zu sein. Und im Vergleich zu einem konventionellen PET ist die Technik zum einen schneller und kann zum anderen kleinere Strukturen von bis zu 1,2 Millimeter Größe darstellen. Damit ließen sich Tumore deutlich früher erkennen und behandeln.

Die bisher guten Ergebnisse der ClearPEMs sind vielversprechend. Ob die Geräte letztendlich im Klinikalltag Verwendung finden werden wird sich noch zeigen. Doch eines zeigt dieses Beispiel auf jeden Fall: Entwicklungen aus der Teilchenphysik finden sich in unserem Alltag wieder. Auch wenn die grundlegende Idee der Teilchenphysik zunächst reiner Erkenntnisgewinn ist, bringt sie neue technologische Entwicklungen hervor. Schließlich forscht und arbeitet die Teilchenphysik immer an der Grenze des technisch Machbaren.

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