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Porträt Dr. Helmbrecht, Stephan; FWKS

Dr. Stephan Helmbrecht
Radiation Physics
s.helmbrechtAthzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2604, +49 351 4587409

Positronen-Emissions-Tomographie für die Partikeltherapie (PT-PET)

Im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf wurde die in-beam Positronen-Emissions-Tomographie (PET) zur Visualisierung eines Ionenstrahlfeldes für die klinische Anwendung entwickelt. Ziel dieser Methode ist die Verifikation der korrekten Applikation der therapeutischen Dosis im Zielvolumen und die Vermeidung einer Bestrahlung von gesundem Gewebe.

Partikel-Therapie PET - Vergleich von Messung und SimulationDas PET-System BASTEI wurde im Rahmen des Deutschen Schwerionen Tumortherapie-Projektes entwickelt. Dieses Projekt war ein gemeinsames Vorhaben der Radiologischen Universitätsklink Heidelberg, dem Deutschen Krebsforschungszentrum,  dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Zwischen 1997 und 2008 wurden an der GSI Darmstadt etwa 440 Patienten mit Kohlenstoffionen bestrahlt.

Das Verfahren beruht auf der nuklearen Fragmentierung bei der Bestrahlung von Gewebe mit einem Strahl aus Protonen oder leichten Ionen wie Helium, Lithium, Kohlenstoff oder Sauerstoff.  Bei Kernreaktionen können einzelne Atomkerne Nukleonen verlieren. Dadurch entstehen unter anderem β+ radioaktive Atomkerne wie beispielsweise 10C, 11C oder 15O. Diese Nuklide zerfallen unter Emission eines Positrons, dem Antiteilchen des Elektrons. Dieses Positron legt einen kurzen Weg im Gewebe zurück und  annihiliert dann mit einem der vorhandenen Elektronen. Bei diesem Prozess wird die Masse der beiden Teilchen in Energie umgewandelt, welche dann in Form von zwei Photonen mit einer Energie von jeweils 511 keV in einem Winkel von 180° abgestrahlt werden.  Durch die Anordnung eines (teil)ringförmigen Detektorsystems werden diese beiden Photonen gemessen. Aufgrund der bekannten Energie und des Abstrahlwinkels von 180° kann aus zeitlich nahe beieinander liegenden Ereignissen, den sogenannten Koinzidenzen, die Quellverteilung rekonstruiert werden.

Die Positronen-Emissions-Tomographie wurde als Methode der funktionellen Bildgebung in der Nuklarmedizin entwickelt. Ihr Einsatz zum Zwecke der Bestrahlungsverifikation führt zu sehr speziellen Anforderungen.

Auf der Basis des oben beschriebenen BASTEI Systems wurden in unserer Gruppe die folgenden Problemstellungen behandelt:

  • 4D Bildgebung für bewegte Tumoren
  • Assistierte Auswertung der gewonnenen Bilddaten
  • Simulation der Aktivitätsverteilung auf Basis gemessener Yields
  • Aktivitätsaufbau für He und Li Ionen

Seit 2014 ist am OncoRay Zentrum ein Zyklotron in Betrieb, welches Protonen auf eine Energie von 230 MeV beschleunigt. Im Vergleich zum Kohlenstoffstrahl, welcher an der GSI zum Einsatz kam, unterscheidet sich der Protonenstrahl aus den Zyklotron auch durch seine zeitliche Struktur. Unser Ziel ist es, ein geeignetes System auf Basis der PET Technologie für den direkten Einsatz am Protonenstrahl zu entwickeln.


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