Die insgesamt 700 Tonnen schwere Apparatur für die Protonentherapie besteht im Wesentlichen aus einem Teilchenbeschleuniger (Zyk-lotron), einem Strahlendetektor und einer beweglichen Strahlführung (Gantry). Diese gewährleistet die zielgenaue Bestrahlung des Patienten aus unterschiedlichen Winkeln im dreidimensionalen Raum. Noch in diesem Jahr sollen im «National Center for Radiation Research in Oncology», kurz OncoRay-Zent-rum, die ersten Wissenschaftler und Ärzte ihre Forschungen aufnehmen und zeitgleich die ersten Patienten behandeln.
Dabei erproben die Wissenschaftler eine neuartige Technologie, bei der die Protonen, anstatt durch elektromagnetische Felder durch hochenergetische Laserstrahlen beschleunigt werden. Diese Weiterentwicklung minimiert den technischen Aufwand der Protonentherapie erheblich und trägt wesentlich zur Senkung der Therapiekosten bei. Zudem gilt die Bestrahlung mit Protonen als deutlich schonender als die konventionelle Behandlung mit ultraharten Röntgenstrahlen. Denn im Gegensatz zu Photonen zerstören die Protonen nur das Zellgewebe des Tumors und verschonen das Gewebe, das sich im Einstrahlwinkel vor und hinter den Krebszellen befindet.
8×8-Pixelsensoren für die Fokussierung des Strahls
Die in der Protonentherapie eingesetzte Compton-Kamera fungiert als Strahlen-detektor und basiert auf kleinen, positionsempfindlichen Detektoren. Ein Kamerasystem setzt sich aus 80 bis 160 Pixeldetektoren zusammen, die auf mindestens zwei Ebenen angeordnet sind. Diese Sensor-Arrays messen die Strahlung kontinuierlich und erlauben so die genaue Fokussierung der Protonenstrahlen. Bei einer Grösse von 20 × 20 mm besteht ein Pixeldetektor aus 8 × 8 Pixeln und basiert auf Cadmium-Zink-Tellurid (CZT).
Dieses Material zeichnet sich durch seine sehr guten Detektoreigenschaften aus: CZT ist ein intrinsischer II-VI-Halbleiter, bei dem man auf die gezielte Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Ausgangsmaterials durch das Einbringen von Fremd-atomen, die Dotierung, verzichten kann. Die ionische Bindung des Materials ist jedoch anfällig für Störungen im Kristallgitter. Sie weist dadurch eine beson- dere Sprödigkeit auf, die das Handling erschwert. Das relativ hohe Eigengewicht der Chips von 12 g stellt zusätzliche Ansprüche an die Verarbeitungstechniken.
Anspruchsvolle Bestückung der Flex-Leiterplatte
Cicor Advanced Microelectronics & Substrates, eine Division der Cicor-Gruppe, übernahm die Herausforderung der Chipbestückung der anspruchsvollen CZT-Pixeldetektoren auf die Flex-Leiterplatte. Dafür hat das Unternehmen mittels innovativer Technologien neue Bestückungstools entworfen und gefertigt sowie Leitklebverfahren eigens für die hochempfindlichen 8x8-Pixelsensoren entwickelt. Eine Abwandlung des Pixeldetektors ist der Streifendetektor, der auf demselben Funktionsprinzip basiert. Hier detektieren anstatt der einzelnen Pixel lange Elektrodenstreifen die hochenergetische Strahlung.
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Cicor AMS
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