Machbarkeitsstudie zur MRT-integrierten Protonentherapie: Strahlablenkung, Sekundärteilchen und Bildqualität


Machbarkeitsstudie zur MRT-integrierten Protonentherapie: Strahlablenkung, Sekundärteilchen und Bildqualität

Schellhammer, S. M.; Gantz, S.; Lühr, A.; Pawelke, J.; Karsch, L.; Smeets, J.; Quets, S.; Burigo, L. N.; Oborn, B.; Bussmann, M.; Hoffmann, A. L.

Einleitung
Ungefähr 50% der Krebspatienten werden durch Strahlentherapie behandelt, und die Protonentherapie (PT) bietet hier aufgrund der begrenzten Eindringtiefe und des steilen Dosismaximums eine sehr gezielte Behandlungsform mit potentiell reduzierten Nebenwirkungen. Die Treffgenauigkeit der Protonentherapie kann jedoch durch Bewegungen und anatomische Veränderungen während der Therapie stark kompromittiert werden. Eine gleichzeitige Bildgebung mittels Echtzeit-Magnetresonanztomographie (MRT) wäre deshalb ideal. Bis heute existieren jedoch keine kombinierten Systeme für MRT und PT. Ziele dieser Studie waren die erste Integration eines MR-Scanners in eine PT-Strahlführung, die experimentelle Verifizierung der Ablenkung des Strahls und der Sekundärteilchen im Magnetfled des MRT-Scanners, die Überprüfung der Machbarkeit einer gleichzeitigen MR-Bildgebung und Bestrahlung, und die Kontrolle der MR-Bildqualität mit und ohne Strahleinfluss.

Material & Methoden
Ein offener MR-Scanner mit einem vertikalen Magnetfeld von 0.22 T (MRJ2200, Paramed Medical Systems SpA) wurde an einer strahldüsenlosen horizontalen Strahlführung (Ion Beam Applications SA) installiert, und durch einen kompakten Faraday-Käfig von Hochfrequenz-Interferenzen abgeschirmt (Abb. 1). Die Strahlablenkung und der Einfluss des Magnets auf die Sekundärteilchen im Strahl wurden mithilfe an einem PMMA-Phantom befestigter radiochromischer Filme (EBT3, Ashland) in einem 1 T Magneten gemessen und mit Monte-Carlo-simulationsbasierten Vorhersagen verglichen. Zur Überprüfung der MR-Bildgebung wurden anatomische MR-Bilder eines Probanden bei ausgeschalteter Strahlführung sowie MR-Bilder eines Gewebephantoms und eines dedizierten Bildqualitätsphantoms mit und ohne Strahleinfluss (bei 125 MeV und 5 nA) aufgenommen.

Ergebnisse
Die gemessene Ablenkung des Strahls sowie lokale Dosiserhöhung durch Sekundärteilchen im Magnetfeld waren gering (< 1 cm bzw. 2%) und zeigten sehr gute Übereinstimmung mit simulationsbasierten Vorhersagen. Die MR-Aufnahmen (Abb. 2) zeigten die für den verwendeten Scanner übliche Bildqualität. Es wurde keine Veränderung der Bildqualität durch die Strahlführungsmagneten und den Protonenstrahl beobachtet, jedoch eine gleichförmige, korrigierbare Bildverschiebung (< 1 mm) in Frequenzkodierrichtung.

Diskussion
Die Integration eines offenen MR-Scanners in den experimentellen Strahlengang einer Protonentherapie-Anlage war erfolgreich. Die Einflüsse des Magnetfelds des MRT-Scanners auf den Strahl sind vorhersagbar und eine gleichzeitige MR-Bildgebung und Bestrahlung ohne Bildverzerrung ist möglich. Dies rechtfertigt die Entwicklung eines ersten Prototyps für die MRT-integrierte Protonentherapie.

  • Poster
    1. Deutscher KrebsForschungsKongress (DKFK) | 1st German Cancer Research Congress (GCRC), 04.-05.02.2019, Heidelberg, Deutschland

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-28323
Publ.-Id: 28323