Protonentherapie - Technologietransfer

Die Protonentherapie hat sich bei der Behandlung verschiedener Arten von Tumoren als sehr wirksam erwiesen, da sie es ermöglicht, die vorgeschriebene Dosis in einem genau definierten Bereich zu deponieren. Das Pencil-Beam-Scanning (PBS) hat sich schnell zur bevorzugten Methode der Dosisabgabe entwickelt. Ein Strahl mit kleinem Durchmesser (5-10 mm) wird in Energieschichten über das Zielvolumen gescannt und bestrahlt im Idealfall den gesamten Tumor, während das umgebende gesunde Gewebe seitlich und hinter dem Tumor so gut wie keine Dosis abbekommt. 
Um die Sicherheit der Patienten und die Effizienz der Behandlung zu gewährleisten, hat die von der American Association of Physicists in Medicine eingerichtete Task Group 224 umfassende Richtlinien zur Qualitätssicherung für Protonentherapiezentren veröffentlicht, die in tägliche, monatliche und jährliche Aufgaben unterteilt sind. Bei der täglichen Qualitätssicherung werden u.a. die Spotform, die Dosiskonstanz und die Reichweite der Pencil-Beam-Felder überprüft. 
Unsere Arbeitsgruppe untersucht die Anwendbarkeit von Silizium Pixeldetektoren, die für die Hochenergiephysik entwickelt wurden, für die täglichen Messungen zur Qualitätssicherung. Die Detektoren zeichnen sich durch extreme Strahlenhärte, exzellente Ortsauflösung und hohe Auslesegeschwindigkeit aus und sind damit sehr gut geeignet für diese Anwendung.

Um die Positionierung von Patienten wäh­rend der Bestrahlung in Echtzeit kontrollieren zu kön­nen, ar­bei­ten wir daran, dieselben Pixeldetektoren zu benutzen, um Radiographie mit Protonen zu be­trei­ben. Dabei wird wäh­rend der Behandlung die Energie der Protonen kurzzeitig soweit erhöht, dass sie nicht mehr im Gewebe stoppen, sondern die hinter den Patienten montierten De­tek­to­ren er­rei­chen. Eine Messung der Anzahl und der Energie der Protonen erlaubt es, ver­schie­de­ne Arten von Gewebe zu un­ter­schei­den und so ein Bild des Patienten auf­zu­neh­men. Dabei kom­men moderne Bildrekonstruktions-algorithmen zum Ein­satz, um Strukturen im Inneren des Patienten zu iden­ti­fi­zie­ren. Die Reichweite der Protonen im Patienten unterliegt einigen Unsicherheiten, wel­che die Nutzbarkeit der Pro­to­nen­the­ra­pie in der Nähe von Risikoorganen potentiell einschränkt. Einer der Beiträge ist die Un­sicher­heit des Massenstoßbremsvermögens des Gewebes, welches mittels einer Kalibration aus der im Planungs-CT gemessenen Elektronendichte ge­won­nen wird. Um die Un­sicher­heit durch diese Kalibration zu reduzieren, be­schäf­ti­gen wir uns damit, das Massenstoßbremsvermögen von Protonen in Gewebe direkt zu messen. Die Pixeldetektoren er­lau­ben es, die Energie der auf sie treffenden Protonen zu messen. Wenn es gelingt, die Bahn einzelner Protonen durch den Patienten zu be­stim­men, kann über die entlang dieser Bahn deponierten Energie der Protonen die Ver­tei­lung des Massenstoßbremsvermögens bestimmt wer­den.

Gefördert durch:

• MERCUR St-2019-0007 (Präzisionsprotonentherapie)