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Weitere Informationen

Patienten und ihre behandelnden Ärzte können sich unter der Hotline 0351 458 15693 montags bis freitags von 9 bis 11 Uhr und 13 bis 15 Uhr oder per E-Mail unter der Adresse protonentherapie@uniklinikum-dresden.de direkt bei der Universtäts Protonen Therapie Dresden informieren.

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Hochpräzisions-Strahlentherapie

Fokus: Steigerung der Präzision und Robustheit der Protonentherapie

Gruppenleiter: Prof. Dr. Christian Richter

Ziel der Forschungsgruppe ist es, neue Hochpräzisionsmethoden für die Protonentherapie weiterzuentwickeln und so schnell wie möglich in die klinische Anwendung zu übertragen. Das ultimative Ziel ist die Entwicklung der Protonentherapie von morgen, die eine Verifikation und Anpassung der Bestrahlung in Echtzeit ermöglicht.

Das OncoRay bietet hierfür optimale Voraussetzungen: Eine moderne Protonentherapie-Anlage mit In-Room Dual-Energy-Computertomographie und speziellen Forschungs-Strahlplätzen, aber besonders auch die enge Zusammenarbeit zwischen forschenden und klinischen Physikern und Ärzten.

Das herausfordernde Ziel wird von mehreren Seiten gleichzeitig angegangen. Derzeit konzentriert sich unsere Forschung auf folgende Themen:

Reichweite-Vorhersage mittels Dual-Energy CT

Bestrahlungsplan mit DirectSPR-Verfahren ©Copyright: OncoRay / Christian Hahn, Nils Peters

Vorteil der höheren Präzision und verkleinerten Reichweite-Unsicherheit: Der mit dem DECT-Verfahren angefertigte Bestrahlungsplan (DirectSPR) weist im Vergleich zum bisherigen Verfahren eine deutliche Dosis-Reduzierung im um den Tumor befindlichen gesunden Gewebe (rechts, blauer Bereich im Dosis-Differenzbild). Zusätzlich kann im an den Hirnstamm angrenzenden Tumor-Bereich eine höhere Dosis verabreicht werden (rechts, roter Bereich).

© OncoRay

Wenn Protonen verschiedene Gewebetypen durchdringen, werden sie unterschiedlich stark abgebremst. Für die Bestrahlungsplanung ist es daher äußerst wichtig, einzelne Gewebe zu unterscheiden und ihre Eigenschaften möglichst genau bestimmen zu können. Die Forschungsgruppe erforscht hierfür die Möglichkeiten der Dual-Energy-Computertomographie (DECT). Anders als bei der herkömmlichen Computertomographie werden bei diesem innovativen Verfahren zwei CT-Scans mit unterschiedlichen Röntgen-Energien vom Patienten aufgenommen. Diese liefern jeweils spezifische Informationen zur Zusammensetzung der Gewebe.

Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass DECT erhebliche Vorteile zur Bestrahlungsplanung in der Protonentherapie bietet, die für den Einsatz in der Klinik von hoher Relevanz sind. Aufgrund der weltweit ersten klinischen Implementierung der directen DECT-basierten Bestrahlungsplanung im Jahr 2019 konnte die Reichweiteunsicherheit des Protonenstrahls von vorher 3,5 % auf ca. 2 % substantiell reduziert werden. Dadurch können Tumore noch genauer bestrahlt und vor allem gesundes Gewebe besser geschützt werden.

Rekonstruktion der tatsächlich applizierten Dosis für die Behandlung von bewegten Tumoren

Viele Tumore im Körper bewegen sich, so zum Beispiel Lungentumore. Um hier eine präzise Bestrahlung zu ermöglichen, ist es notwendig, die durch die Atmung verursachte Bewegung des Tumors und der umliegenden Risikoorgane genau zu berücksichtigen. Aufgrund der vielen Einflussgrößen auf die zeitlich-räumliche Abfolge von Tumor- und Strahlbewegung ist es nahezu unmöglich die tatsächliche applizierte vierdimensionale Dosisverteilung genau vorherzusagen.

Ein Forschungsschwerpunkt der Gruppe beschäftigt sich mit der Rekonstruktion der tatsächlich applizierten Dosis anhand von gesammelten Informationen aus (a) 4D-Bildgebung direkt vor Bestrahlung, (b) Atemsignal des Patienten während der Bestrahlung und (c) der sogenannten „Logfiles“ des Bestrahlungsgerätes. Diese Daten können nach jeder Bestrahlungsfraktion ausgewertet werden, um ggf. eine notwendige Anpassung des Bestrahlungsplanes während des Therapieverlaufs anzuzeigen.

Reichweite-Verifikation mittels prompter Gammastrahlung

Die tatsächliche Eindringtiefe des Protonenstrahls und damit der Ort größter Wirkung lassen sich nur schwer messen. Möglich ist dies mit einer so genannten Prompt-Gamma-Schlitzkamera, wie sie von der Firma Ion Beam Applications (IBA) entwickelt wurde. Die Gruppe „Hochpräzisionsstrahlentherapie“ sorgte in enger Kooperation mit der Gruppe „In-vivo Dosimetrie für neue Strahlenarten“ mit zahlreichen Messungen und technischen Verbesserungen dafür, dass das Verfahren erstmals während einer Patientenbehandlung eingesetzt werden konnte und derzeit mit einem verbesserten Prototyp-System der klinische Nutzen in einer klinischen Studie systematisch untersucht wird. Außerdem wird mittels innovativer Verfahren der künstlichen Intelligenz die Auswertung automatisiert, so dass die Information über eine Abweichung von der geplanten Bestrahlung in Echtzeit vorliegt und sofort eine Intervention erfolgen kann.

Robuste und adaptive Bestrahlungsplanung

Der Bestrahlungsplan legt millimetergenau fest, welcher Bereich im Körper mit welcher Dosis bestrahlt werden soll. Während der Bestrahlung, die über mehrere Wochen stattfindet, kann es zu kleinen Abweichungen kommen, etwa bei der Lagerung des Patienten oder bei im Körper vorhandenen Lufteinschlüssen. Zusätzlich können im Verlauf der Therapie anatomische Veränderungen eintreten, beispielsweise kann der Tumor schrumpfen oder Lymphknoten können anschwellen.

Die Wissenschaftler arbeiten daran, die Bestrahlungspläne so zu gestalten, dass diese Abweichungen möglichst keinen Einfluss auf die Qualität der Behandlung haben – die Bestrahlungspläne also robust gegen diese Veränderungen sind. Gleichzeitig untersuchen die Forscher unter welchen Voraussetzungen und zu welchem Zeitpunkt ein bestehender Plan angepasst werden muss, um die beste Therapie für den Patienten zu gewährleisten.


Kontakt

Prof. Dr. Christian Richter

Lei­ter Medizinische Strahlen­physik
For­schungs­gruppenlei­ter Hochpräzisions-Strahlen­therapie
c.richterAthzdr.de