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Porträt Dr. Pausch, Guntram; FWMP

Dr. Guntram Pausch
Medical Radiation Physics
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Gruppe In-vivo Dosimetrie für neue Strahlenarten

Gruppenleiter: Dr. Guntram Pausch

Die Forscher arbeiten an der Entwicklung von Verfahren und klinisch einsetzbaren Geräten, die die Reichweite von Protonenstrahlen im Körper noch während der Behandlung präzise messen können. Zu den besonderen Eigenschaften von Protonen zählt, dass sie den Großteil ihrer Energie erst auf den letzten Millimetern ihrer Bahn abgeben. Die Reichweite der Teilchen hängt von der Ausgangsenergie ab und lässt sich gezielt auf den Tumor fokussieren. Allerdings ist die tatsächliche Eindringtiefe des Protonenstrahls nur schwer messbar, da dieser den Körper anders als beispielsweise ultraharte Röntgenstrahlen nicht vollständig durchdringt.

Zur Sichtbarmachung des Protonenstrahls setzen die Wissenschaftler auf prompte Gammastrahlung, welche die Protonen auf ihrem Weg durch den Körper erzeugen. Diese Gammastrahlen lassen sich beispielsweise mit einer „Schlitzkamera“ messen, wie sie die Firma Ion Beam Applications (IBA) entwickelt hat. Mit solch einer Kamera ist es Wissenschaftlern am OncoRay in einem gruppenübergreifenden Projekt erstmals gelungen, den Strahlverlauf im Patienten während der fraktionierten Behandlung (Aufteilung der Gesamtdosis auf mehrere Einzelsitzungen) präzise nachzuverfolgen.

Prompt Gamma-Ray Timing

Reichweitebestimmung Protonen

Justieren von Detektoren und Targets für ein Experiment zur Reichweitebestimmung im Therapieraum der Universität Protonen Therapie Dresden (UPTD). Im Experiment werden sechs „Protonenstoppuhren“ verwendet, die aus Cerbromid-Szintillationsdetektoren und superschnellen Spektrometern der Firma Target Systemelektronik bestehen.

Foto: (c) OncoRay

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Zugleich hat die Arbeitsgruppe ein neues Verfahren zur Reichweitenkontrolle vorgeschlagen und zum Patent angemeldet: das „Prompt Gamma-Ray Timing“. Bei dieser Methode messen die Forscher mit geeigneten Detektoren die zeitliche Dauer der Gammastrahlung, die durch einen kurzgepulsten Protonenstrahl erzeugt wird. Gemessen wird also die Zeitspanne, in der ein Proton bzw. ein Protonenbündel im Gewebe unterwegs ist, bevor es zum Stillstand kommt. Aus dieser Abbremszeit der Protonen lässt sich der Bremsweg der Teilchen und damit die Reichweite des Protonenstrahls bestimmen. Die gemessene Zeitverteilung der prompten Gammastrahlung soll während der Bestrahlung unmittelbar mit den modellierten Zeitspektren aus dem Behandlungsplan verglichen werden. Bei groben Abweichungen kann die Bestrahlung schon nach wenigen Sekunden abgebrochen werden. Die „Protonenstoppuhr“ wäre also ein wichtiges Sicherungselement und könnte die korrekte Umsetzung der Bestrahlungsplanung überprüfen. Derzeit wird diese Methode experimentell untersucht und Schritt für Schritt in den Behandlungsraum gebracht. Durch den einfachen Aufbau ist sie deutlich preiswerter als andere Systeme.

Um theoretische Konzepte verifizieren zu können, führt die Arbeitsgruppe regelmäßig Experimente an Teilchenbeschleunigern in verschiedenen Forschungseinrichtungen und Kliniken durch. Diese werden ergänzt durch Computersimulationen, mit deren Hilfe die Messergebnisse interpretiert werden können. Um neue Ideen schnell umsetzen zu können, beziehen die Wissenschaftler Spezialisten anderer Fachgebiete in ihre Arbeiten mit ein und kooperieren eng mit anderen Forschungsgruppen sowie mit innovativen Firmen.


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