Neue bildgebende Systeme für die Partikeltherapie - Ergebnisse des EU-Projektes ENVISION

Einleitung: Die Partikeltherapie ist eine neue und hoch entwickelte Technik der Strahlentherapie bei Krebs. Strahlen geladener Teilchen, also Protonen und Ionen, werden verwendet, um Tumorzellen zu zerstören. Diese Ionenstrahlen deponieren ihre Energie primär am Ende ihres Weges im sogenannten Bragg-Peak. Dadurch gelingt es, eine hohe Koformalität zu erreichen und gesundes Gewebe sowie insbesondere strahlenempfindliche Organe optimal zu schonen. Um jedoch die Vorteile dieser Therapieform vollständig nutzen zu können, ist ein Verfahren erforderlich, welches den Ort der Dosisdeposition verifiziert. Hierfür wurde die Methode der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) angewendet, die bei der Bestrahlung entstehende Sekundärteilchen detektiert und damit eine qualitative Bewertung der Dosisapplikation ermöglicht. An mehreren Zentren weltweit wird dieses Verfahren derzeit klinisch angewendet [1-3]. Eine andere, in der Entwicklung befindliche Möglichkeit ist die Einzelphotonentomographie (in-beam SPECT) [4-7], für welch neuartige Detektorkonfigurationen erforderlich sind.
Materialien und Methoden: Um die Instrumente für die Qualitätssicherung in der Partikeltherapie zu verbessern, stellt die Europäische Kommission die Finanzierung für ein 4-Jahres-Projekt, ENVISION - European NoVel Imaging Systems for ION therapy (Grant Agreement Number 241 851), bereit. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung von
(i) Echtzeit-Überwachung der Dosisapplikation;
(ii) quantitativer Bildgebung und präziser Bestimmung der abgegebenen Dosis;
(iii) schnellem Feedback für die optimale Planung der Behandlung;
(iv) der Anwendung des Verfahren auf bewegte Zielvolumina;
(v) Simulationsstudien.
Das Projekt startete Februar 2010 und ist ein Zusammenschluss von 16 führenden europäischen Forschungszentren und Industriepartnern mit einem Budget von 6 Millionen Euro, die Koordination obliegt dem CERN.
Ergebnisse: In Rahmen dieses Projektes wurden Simulationsstudien zur optimalen Auslegung eines für das Dosismonitoring geeigneten Detektors durchgeführt. Sowohl für PET als auch für SPECT wurden mehrere konzeptionell verschiedene Prototypen an den Partnerinstituten aufgebaut und an Bestrahlungsanlagen getestet. Die PET Methode wurde für bewegte Zielvolumina adaptiert und in Phantomexperimenten erfolgreich angewendet. Um die klinische Nutzbarkeit zu verbessern, wurde ein Softwareprototyp zur semiautomatischen Auswertung entwickelt.
Zusammenfassung: ENVISION ermöglichte die Realisierung verschiedener Ansätze und Ideen, existierende Verfahren für das Dosismonitoring zu verbessern und neue Methoden in Prototypen zu überführen. Insbesondere für die neuartigen Verfahren sind weitere Tests und Entwicklungen nötig, um das klinische Potential vollständig abschätzen zu können. Ferner ist die Integration der neuen Verfahren in den klinischen Alltag ein wichtiges Ziel künftiger Arbeiten.
Literatur
[1] W. Enghardt et al.: Nucl. Instr. Meth. A 525 (2004) 284.
[2] T. Nishio et al.: Med. Phys. 33 (2006) 4190.
[3] K. Parodi et al.: Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 68 (2007) 920.
[4] C.H. Min et al.: Appl. Phys. Lett. 89 (2006), 183517.
[5] T. Kormoll et al.: Nucl. Instr. Meth. A 626-627 (2011) 114.
[6] J.C. Polf et al.: Phys. Med. Biol. 54 (2009) N519-27.
[7] J. Smeets et al.: Phys. Med. Biol. 57 (2012) 3371.