Experimentelle Untersuchung der Strahlqualität für MR integrierten Protonentherapie

Einleitung
In ersten Untersuchungen zur Integration von MR-Bildgebung und Protonentherapie (MRiPT) konnte deren prinzipielle Machbarkeit an einer statischen Strahlführung gezeigt werden. Als weiterer Schritt zu einem klinischen Prototyp wurde nun der MR-Scanner mit einer Pencil-Beam-Scanning (PBS) Strahlführung integriert. Ziel dieser Arbeit ist die Charakterisierung der Strahlqualität im magnetischen Isozentrum des in-beam MR-Scanners.

Material & Methoden
Ein offener 0.22 T MR-Scanner (MrJ2200, ASG Superconductors) wurde nächstmöglich an eine horizontale PBS Protonenstrahlführung installiert. Strahlprofilmessungen wurden sowohl mit als auch ohne den MR-Scanner an der Position des magnetisches Isozentrums des MR-Scanners (39 cm strahlabwärts des nominalen PBS Isozentrums) durchgeführt. Strahlprofile wurden ohne MRT mithilfe eines Szintillatordetektors (Lynx, IBA Dosimetry) sowie im Untersuchungsfeld des MRT mittels radiochromen Filmen (GAFchromic EBT3, Ashland) vermessen (Abb. 1). Für beide Konfigurationen wurden für 3 verschiedene Protonenenergien(70, 125 und 220 MeV) Punktraster bis zur maximalen nominalen Feldgröße von 400x200 mm2 vermessen. Aus diesen Messungen wurden Spotgrößen, -position und -symmetrie sowie durch das Magnetfeld verursachte Strahlablenkungen und Feldverzerrungen ermittelt.

Ergebnisse
Spotgrößen mit und ohne Magnetfeld sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Spotgrößen im Magnetfeld stimmen auf ±0.3 mm mit Ergebnissen ohne Magnetfeld überein. Die horizontale Strahlablenkung des Zentralspots beträgt 26, 19 und 15 mm für 70, 125 und 220 MeV. Durch das Magnetfeld tritt eine energieabhängige, trapezoidale Verzerrung des Bestrahlungsfeldes auf, mit vertikalen Höhenunterscheiden zwischen 10 und 16 mm, sowie einer energieabhängigen Rotation der achsfernen Punkte bis zu 45°.

Zusammenfassung
Erstmals konnte die experimentelle Charakterisierung eines PBS-Strahls im Isozentrum des in-beam MR-Scanner erfolgen. Die Ergebnisse zeigen die Notwendigkeit weiterer präziser Messungen im Untersuchungsfeld des MR-Scanners, sowie für die Bestrahlungsplanung den Bedarf der Entwicklung eines dedizierten Strahlmodells unter Berücksichtigung des gesamten Magnetfeldes.