Mit hochpräziser Protonenstrahlung gegen Krebs: Reichweiteverifizierung im Patienten
Mein Praktikum in der Protonentherapie am nationalen Krebsforschungszentrum OncoRay in Dresden

Skizze: Das Prinzip der Prompt Gamma Imaging Schlitzkamera ©OncoRay
Kamera in der Gantry: Positionierung der Prompt-Gamma-Imaging Schlitzkamera in der Gantry ©OncoRay

Im Rahmen des Bachelorstudienganges ‚Physikalische Technik – Medizinphysik‘ absolvierte ich mein Pflichtpraktikum in Dresden. Dort war ich in der Forschungsgruppe ‚Hochpräzisionsstrahlentherapie‘ am OncoRay tätig. Als Nationales Zentrum für Strahlenforschung in der Onkologie wird am OncoRay an der Verbesserung der Strahlentherapie für Krebserkrankungen gearbeitet.

Eine besondere Behandlungsart am Standort Dresden ist die Bestrahlung mit Protonen. Diese haben im Vergleich zur konventionellen Strahlentherapie mit Photonen eine optimalere Dosisverteilung im Körper, das heißt eine konformale Tumorabdeckung bei Schonung von Normalgewebe. Der Grund dafür ist, dass Protonen ihre gesamte Dosis in einem schmalen Bereich in einer definierten Tiefe deponieren. Diese ist abhängig von der Energie der Protonen. Energiemodulierte Protonen führen so dem Tumor in seinem gesamten Umfang die maximale Dosis zu, während das umliegende, gesunde Gewebe besser geschont werden kann.

Eine Herausforderung für die Protonentherapie ist es jedoch, dass diese Dosisverteilung sehr anfällig gegenüber anatomischen Veränderungen, Organbewegungen oder Positionierungsunsicherheiten des Patienten über den Verlauf der Behandlung ist.

Um eine Unterdosierung des Tumors zu vermeiden und das gesunde Gewebe optimal zu schonen, ist es wünschenswert die tatsächliche Reichweite der Protonen im Körper zu überprüfen. Das ist jedoch ein schwieriges Unterfangen, da die Protonen sozusagen im Körper stecken bleiben. Bei der Messung der Reichweite kann glücklicherweise auf sekundär entstehende Teilchen zurückgegriffen werden. Ein Vertreter davon - die sogenannte prompte Gammastrahlung - entsteht durch nukleare Wechselwirkungen der Protonen mit den Atomkernen im Körper.

In der genannten Forschungsgruppe am OncoRay wird für die Reichweiteverifizierung die sogenannte Schlitzkamera verwendet. Diese detektiert das Profil der emittierten prompten Gammastrahlung entlang der Strahlrichtung der Protonen. Mit dieser Messung und mithilfe einer Simulation kann der Reichweiteunterschied berechnet werden.

Im Verlauf meiner Zeit am OncoRay habe ich bei den Aufnahmen mit der Schlitzkamera während der Patientenbestrahlung teilgenommen. In der ersten Teilstudie dieses Projektes werden auf Grundlage von Kontroll-CTs verschiedene Reichweitevorhersagemethoden untersucht. Weiterhin soll in einem nächsten Schritt die Bestrahlungsplanung mit der aktuellen Messung der Schlitzkamera verglichen werden, um anatomische Veränderungen auch ohne Aufnahme von Kontroll-CTs zu erkennen, welche eine weitere Strahlenbelastung für den Patienten darstellen. Mein Wissen aus Vorlesungen und Übungen an der Beuth Hochschule hat mich dabei sehr gut auf diese Arbeit und Auswertung vorbereitet.

Ziel des Projektes ist es die Schlitzkamera in Zukunft automatisiert im klinischen Alltag anzuwenden, um anatomische Veränderungen zu erkennen. Außerdem könnte mit diesem Echtzeit-fähigen System die Behandlung gestoppt werden, wenn die gemessene Reichweiteverteilung nicht mit der Vorhergesagten übereinstimmt.

OncoRay  www.oncoray.de

Schlitzkamera www.oncoray.de/research/in-vivo-dosimetry-for-new-types-of-radiation/prompt-gamma-schlitzkamera/