20.04.2021 • Medizinphysik

Magnetresonanz-Tomographie mit Teilchenstrahl kombiniert

Wichtiger Schritt zur Live-Bildgebung in der Protonentherapie.

Den weltweit ersten Prototypen zur Echtzeit-Verfolgung für bewegliche Tumoren mittels Magnetresonanz-Tomographie, kurz MRT, während der Protonentherapie wollen Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf aufbauen. Dazu kombinieren sie am OncoRay, dem Nationalen Zentrum für Strahlenforschung in der Onkologie in Dresden ein drehbares, offenes MRT-Gerät, das für das LINAC-MR System der Alberta Health Services entwickelt wurde, mit einem beweglichen Protonenstrahl klinischer Qualität. Das drehbare MRT-Gerät stellt ASG Superconductors auf Basis ihres supraleitenden, heliumfreien Magnesiumdiborid-Magneten her. Echtzeit-MRT-Bildgebung würde es ermöglichen, den Protonenstrahl direkt während der Bestrahlung an die Tumorbewegungen anzupassen. Bisher fehlen dafür Methoden, was das Potenzial dieser aussichtsreichen Krebstherapie in diesen Fällen einschränkt.

Abb.: Am Nationalen Zentrum für Strahlen­forschung in der Onko­logie wollen...
Abb.: Am Nationalen Zentrum für Strahlen­forschung in der Onko­logie wollen Forscher die Magnet­resonanz-Tomo­graphie mit einem Protonen­strahl kombi­nieren. (Bild: ASG Super­conductors)

Die Protonentherapie ist anfällig für Tumorbewegungen, anatomische Veränderungen und Ungenauigkeiten bei der Positionierung der Patienten. „Mit der aktuell am Bestrahlungsgerät verfügbaren röntgenbasierten Bildgebung sehen wir während der Bestrahlung nicht hinreichend gut, worauf wir zielen und was wir treffen“, beschreibt Aswin Hoffmann vom HZDR das grundsätzliche Problem. „Bei der Behandlung beweglicher Tumoren müssen wir deswegen relativ große Sicherheitssäume um das Tumorgewebe einplanen. Dies beeinträchtigt die Treffgenauigkeit und erhöht das Risiko von Nebenwirkungen.“

Gerade bei Tumoren, die aufgrund der Atmung oder der Verdauung ständig in Bewegung sind, könnte es somit passieren, dass gesundes Gewebe in der unmittelbaren Nähe des Tumors eine zu hohe Dosis erhält, während das Tumorgewebe selbst zu wenig bestrahlt wird. Bisher fehlt es an der Technik, um direkt während der Bestrahlung den Tumor und dessen Bewegung mit hohem Bildkontrast zu visualisieren. Die Lösung könnte Magnetresonanz-Tomographie lauten, was einige Vorteile mit sich bringen würde, wie Hoffmann erläutert: „Die MRT liefert einen unübertroffenen Weichgewebe-Kontrast bei gleichzeitig hoher raumzeitlicher Auflösung. Außerdem tragen wir hier, anders als bei der röntgenbasierten Bildgebung, keine zusätzliche Dosis ins Gewebe ein.“ Die Integration der MRT in die Protonentherapie stellte sich allerdings als eine große technische Herausforderung dar, die lange den MRT-Einsatz im Strahlengang als unmöglich erscheinen ließ.

Um scharfe und geometrisch akkurate Bilder zu liefern, benötigen MRT-Geräte präzise definierte Magnetfelder. Der Protonenstrahl wiederum wird in einem Zyklotron erzeugt und während des Transports in den Bestrahlungsraum ebenfalls mit Magnetfeldern gelenkt und in Form gehalten. „Die Fachwelt ging davon aus, dass sich diese Magnetfelder gegenseitig stören würden, was einerseits die Aufnahmen der MRT-Bilder verzerren und andererseits die Dosisverteilung der Protonen im Gewebe beeinflussen könnte“, erklärt Hoffmann. Mit seiner Arbeitsgruppe konnte der Medizinphysiker in den vergangenen Jahren zum weltweit ersten Mal zeigen, dass eine Kombination beider Systeme technisch generell möglich ist. Dazu verwendeten sie einen offenen Niederfeld-MRT-Scanner mit einer Magnetfeldstärke von 0,22 Tesla, den sie im Protonen-Strahlengang positionierten und so belegten, dass eine gute MR-Bildqualität während der Bestrahlung mit einem statistischen Protonenstrahl möglich ist.

Mit dem neuen MRT-Gerät, das über Möglichkeiten zur Echtzeit-Bildgebung verfügt und eine kontrastreiche Gewebedarstellung der Organe in Brust-, Bauch- und Beckenbereich ermöglicht, will das Team um Hoffmann nun einen ersten Prototypen bauen, der perspektivisch klinisch zum Einsatz kommen kann, wie der Forscher erläutert: „Das Besondere an diesem MR-Scanner ist, dass er relativ zum Strahl um den Patienten drehbar ist und wir somit dosimetrische und biologische Strahleffekte sowohl für MRT-Magnetfelder senkrecht als auch parallel zum Protonenstrahl untersuchen können.“

HZDR / RK

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