Tomographie und tumorkonforme Radiotherapie

Im HZDR wurde in-beam PET zur insitu-Kontrolle der Dosisapplikation mit Ionenstrahlen entwickelt und weltweit erstmals bei der ¹²C-Ionentherapie am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt eingesetzt. Bei der Ionentherapie wird die primäre Strahlung vollständig im Körper des Patienten gestoppt. Dies ist ein prinzipieller Unterschied zur konventionellen Strahlentherapie mit harter Röntgenstrahlung und erlaubt die für die Ionentherapie typischen Präzisionsbestrahlungen, selbst in der Nähe radiosensitiver Risikoorgane. Für die Beurteilung der korrekten Dosisdeposition ist ein dreidimensionales nichtinvasives Bildverfahren, was neben der Bestrahlungsfeldposition auch die Eindringtiefe der Ionen erfasst, gefordert. In-beam PET wird gegenwärtig als die einzige Methode angesehen, die diese Forderungen erfüllt.

Der Betrieb von in-beam PET sowie die zur Qualitätssicherung erforderliche Auswertung der klinischen Daten erfolgte während der Therapiestrahlzeiten an der GSI Darmstadt (3-mal 4 Wochen im Jahr, 1997-2008) durch Mitarbeiter des HZDR. Seit dem Beginn des klinischen Betriebs an der Heidelberger Ionentherapie-Anlage und der damit einher gehenden Stilllegung der Pilotanlage an der GSI Darmstadt ist diese Aufgabe beendet. Seitdem wird die in-beam PET Installation genutzt, um offene physikalisch-technische Fragen zur Methode wissenschaftlich zu bearbeiten und neue Auswertealgorithmen experimentell zu testen.

Wesentliche Ergebnisse:

Es wurde ein Verfahren zur retrospektiven Quantifizierung von Abweichungen zwischen geplanten und applizierten Dosisverteilungen für die Therapie mit Kohlenstoffstrahlen entwickelt und in den klinischen Einsatz an der GSI-Therapieanlage überführt (W. Enghardt et al., Radiother. Oncol. 73/2 (2004) S96).

Die Anwendung von in-beam PET für die Qualitätssicherung der Protonentherapie wurde umfassend ausgearbeitet (K. Parodi et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. 52 (2005) 778). Auf dieser Basis erfolgte die Implementierung der Methode am Massachusetts General Hospital der Harvard Universität, Boston.

Es wurden umfangreiche, durch Experimente gestützte konzeptionelle Arbeiten zur Signalverarbeitung, tomographischen Rekonstruktion und zur Detektorkonfiguration klinischer in-beam PET Scannern der 2. Generation vorgelegt (P. Crespo et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. 52 (2005) 980; P. Crespo et al., Phys. Med. Biol. 51 (2006) 2143).

Experimente zur Erweiterung von in-beam PET auf weitere für die Therapie relevante Strahlenarten wurden erfolgreich ausgeführt: ³He-Ionen (F. Fiedler et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. 53 (2006) 2252, ¹⁶O Ionen (Experimente im Februar 2007, Publikation in Vorbereitung).

Weltweit erstmals gelang eine in-beam PET Messung im Jahre 2006 an Strahlen ultraharter Photonen an der Strahlungsquelle ELBE (T. Kluge et al., Phys. Med. Biol. 52 (2007) N467-N473 ).