In-beam PET-Monitoring der Kohlenstoff-Ionentherapie: 10 Jahre Erfahrung in der klinischen Anwendung

Ionenstrahlen bieten aufgrund ihrer besonderen physikalischen und biologischen Eigenschaften die Möglichkeit einer präzisen Tumorbestrahlung mit geringer Belastung für das umliegende gesunde Gewebe. Dadurch können auch tief sitzende Tumoren in der Nähe von Risikoorganen bestrahlt werden, die mit konventioneller Strahlung nur eingeschränkt therapierbar sind.
Im Dezember 1997 begann die Behandlung von Krebspatienten mit Kohlenstoffionen an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt. An dieser europaweit ersten Schwerionentherapie-Pilotanlage sind bis heute ca. 400 Patienten mit Kopf- und Beckentumoren bestrahlt worden.
Da die durch die Ionenstrahlen deponierte Dosisverteilung äußerst empfindlich auf Veränderungen in der Ionen-Reichweite reagiert, ist eine Verifikation der Bestrahlungsfeldposition unabhängig von der Strahlapplikation wünschenswert. Hierzu wurde am Forschungszentrum Dresden-Rossendorf eine Methode entwickelt, die auf der Detektion von Annihilationsphotonen mit PET (Positronen-Emissions-Tomographie) und einem Vergleich der gemessenen, rekonstruierten Aktivität mit Vorhersagen aus der Bestrahlungsplanung beruht. Die Positronen emittierenden Nuklide entstehen während der Bestrahlung durch Kernreaktionen zwischen den Atomkernen des Gewebes und den Ionen des Therapiestrahls. Dieses so genannte in-beam PET-Verfahren ist die zurzeit einzige bekannte Methode zur in-situ und in-vivo Verifikation der Dosisapplikation bei der Bestrahlung mit Ionen. Das Verfahren kam bei nahezu allen an der GSI behandelten Patienten zum Einsatz und führte zu einer Verbesserung des verwendeten Strahlenmodells. Ferner werden sporadische Abweichungen zwischen geplanter und realisierter Teilchenreichweite nachgewiesen. Diese Abweichungen können ihre Ursachen z. B. in temporären anatomischen Veränderungen im durchstrahlten Volumen, in geringfügigen Bewegungen des Patienten während der Bestrahlung oder in Fehlern bei der Patientenpositionierung haben.
Die gewebeabhängige Kinetik des metabolisch verursachten Abtransportes der Aktivität aus dem bestrahlten Volumen ist bisher nur unzureichend bekannt und steht einer quantitativen Berechnung der Dosis aus der gemessenen Aktivitätsverteilung entgegen. Hier kommt ein interaktives Verfahren zur Anwendung, das die Identifikation der Ursachen von auftretenden Abweichungen ermöglicht.