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Medizin

05. Dezember 2018 Perfektionierung der Protonentherapie: Kombination aus MRT und Protonenstrahleinheit

Einem Dresdner Wissenschaftlerteam am OncoRay ist es zum ersten Mal gelungen, einen Magnetresonanztomographen (MRT) mit einer Protonenstrahleinheit zu kombinieren. Ziel ist es, die Präzision dieser Form der Krebstherapie zu verbessern und somit die Treffsicherheit für Tumoren zu erhöhen. Selbst wenn die Tumoren sich während der Bestrahlung bewegen, wird es möglich sein, durch Echtzeit-MRT-Bildgebung die Tumorposition und Bestrahlung zu synchronisieren, was zu einer besseren Schonung der umliegenden Normalgewebe führt.
Die größte Herausforderung für Ärzte ist es, den Protonenstrahl genau an die Form des Tumors anzupassen, ohne dass umliegende Normalgewebe getroffen werden. Für bewegliche Tumoren im Brust-, Bauch- oder Becken-Bereich des Patienten ist dies bislang nicht möglich, weil Organbewegung den Strahlverlauf beeinflusst und eine direkte Visualisierung der Organbewegung während der Behandlung fehlt. Gemeinsam mit Physikern wird deshalb nach einer Möglichkeit gesucht, wie die Organbewegung während der Bestrahlung dargestellt werden kann. Die Kombination von Protonentherapie mit einer MRT-basierten Bildgebung ist die Lösung.

„Viele haben gesagt, das ist ein hoffnungsloses Unterfangen“, sagt Dr. Ing. Aswin Hoffmann, der seit mehreren Jahren von der Idee fasziniert ist, wie beide Technologien „verheiratet“ werden könnten. Das Grundproblem, mit dem das Team der Medizinischen Fakultät Carl Gustav Carus der TU Dresden und des gleichnamigen Universitätsklinikums sowie des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf konfrontiert war, ist die Tatsache, dass beide Technologien ihr eigenes Magnetfeld benötigen. Der Protonenstrahl wird mittels Magnetfeldern erzeugt, transportiert und gesteuert und das MRT-Gerät erfordert ein sehr homogenes Magnetfeld für die Bildgebung. Beide beeinflussen sich. „Aber wie? – das war die große Frage, auf die wir eine Antwort suchten“, erklärt Hoffmann seine Motivation. „Die Magnetfelder der Strahlführung und die aus 110 Tonnen ferromagnetischem Material aufgebaute Gantry, in der die Patienten bestrahlt werden, wirken auf das Magnetfeld eines MRT-Gerätes ein. Umgekehrt wirkt das Magnetfeld des MRT-Gerätes auf den Protonenstrahl ein und lenkt diesen ab, was zu einem gekrümmten Strahlverlauf führt. Eine Tatsache, die viele Kollegen abgeschreckt hat, eben ein solches Projekt anzugehen. Wir haben es trotzdem gewagt.“

In Kooperation mit dem belgischen Hersteller der Protonenanlage IBA (Ion Beam Applications SA) und dem italienischen MRT-Produzenten Paramed MRI Unit (ASG Superconductors SpA) kombinierte Hoffmann mit seinem Team den ersten offenen MR-Scanner mit einem Protonenstrahl und verwirklichte damit den weltweit ersten Prototyp für in-beam MR-geführte Partikeltherapie. Und dieser Prototyp kann sich sehen lassen. Denn Experimente haben gezeigt, dass sich die Magnetfelder deutlich weniger beeinflussen, als zunächst erwartet. Nur wenn man ganz genau hinschaut, dann fällt auf, dass die Bilder nur um wenige Millimeter verschoben sind im Vergleich zu denen, die bei ausgeschalteter Strahlführung aufgenommen wurden. Die Bildaufnahme selbst ist nicht etwa verzerrt wie erwartet, sondern in allen Proportionen gleich. Die Bildverschiebung und Strahlkrümmung lassen sich augrund der gemessenen Magnetfelder vorhersagen und somit korrigieren. „Eine Sensation“, so der Experte für MRT-geführte Strahlentherapie. „Warum dieses Experiment noch nirgendwo auf der Welt durchgeführt wurde, ist ganz einfach. Es gibt nur wenige Protonenforschungsanlagen und nur einige sind groß genug, um einfach mal ein MRT-Gerät hinein zu stellen. Weil hier in Dresden die passende Infrastruktur vorgehalten wird, ist diese Beobachtung hier möglich gewesen“, so der begeisterte Forschungsleiter Hoffmann.
 
Im Experimentalraum des Nationalen Zentrums für Strahlenforschung in der Onkologie – OncoRay hat das Team um Dr. Ing. Aswin Hoffmann einen offenen MR-Scanner mit einem Protonenstrahl zum weltweit ersten Prototyp für in-beam MR-geführte Protonentherapie kombiniert.
(© MFD/Stephan Wiegand)
Im Experimentalraum des Nationalen Zentrums für Strahlenforschung in der Onkologie – OncoRay hat das Team um Dr. Ing. Aswin Hoffmann einen offenen MR-Scanner mit einem Protonenstrahl zum weltweit ersten Prototyp für in-beam MR-geführte Protonentherapie kombiniert. (© MFD/Stephan Wiegand)


Aktuell werden die nächsten Schritte des Projektes angegangen, mit dem Ziel, den weltweit ersten klinisch einsetzbaren Prototyp zu entwickeln. Die klare Vision zur Perfektionierung der Protonentherapie ist vielversprechend.

Quelle: Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden

Literatur:

Schellhammer SM, Hoffmann AL, Gantz S et al.
Integrating a low-field open MR scanner with a static proton research beam line: proof of concept.
Phys Med Biol 2018;63(23):23LT01.
doi:10.1088/1361-6560/aaece8.


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