MR-geführte Partikeltherapie

Hochkontrast-Bildgebung für Krebstherapie mit Protonen

Ein Team um den Medizinphysiker Dr. Aswin Hoffmann vom Institut für Radioonkologie – OncoRay des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) hat weltweit erstmals die Magnetresonanz-Tomographie (MRT) mit einem Protonenstrahl kombiniert.

Dr. Aswin Hoffmann und sein Team am OncoRay

Mit Hilfe eines offenen MRT-Scanners konnten Dr. Aswin Hoffmann und sein Team am OncoRay nachweisen, dass sich die Magnetresonanz-Tomographie (MRT) mit einem Protonenstrahl kombinieren lässt. | HZDR/R. Weisflog

Mit dem neuen Verfahren haben sie nachgewiesen, dass diese weit verbreitete Bildgebungsmethode zusammen mit der Krebsbehandlung über Teilchenstrahlen prinzipiell funktionieren kann. Das eröffnet neue Möglichkeiten für eine gezielte und gewebeschonendere Krebstherapie. In der Onkologie gehört die Strahlentherapie seit Langem zur Standardbehandlung. Dabei wird eine festgelegte Energiemenge, auch Dosis genannt, in das Tumorgewebe eingebracht. Dort schädigt sie die Erbsubstanz der Krebszellen, verhindert dadurch deren Teilung und führt im Idealfall zum Zelltod. Heute kommt vor allem die sogenannte Photonentherapie mittels hochenergetischer Röntgenstrahlen zum Einsatz. Dabei durchdringt ein erheblicher Teil des Photonenstrahls den Körper des Patienten und bringt auch schädliche Dosis im gesunden Gewebe vor und hinter dem Tumor ein.

Atomkerne als Waffe gegen Krebs

Eine Alternative dazu ist die Therapie mit geladenen Atomkernen, beispielsweise mit Protonen. Diese Partikel haben eine energieabhängige Eindringtiefe und geben am Ende des Strahlverlaufs ihre maximale Dosis ab. Hinter diesem sogenannten „Bragg-Peak“ wird keine Dosis deponiert. Bei der Therapie ist die Herausforderung für die Mediziner, den Protonenstrahl genau an die Form des Tumorgewebes anzupassen und umliegendes Normalgewebe maximal zu schonen. Ihr Zielvolumen wählen sie dabei vor der Behandlung auf einer auf Röntgenstrahlung basierten Computer-Tomografie (CT)-Aufnahme aus.

DECT

Wissenschaftler des Dresdner OncoRay-Zentrums haben in Kooperation mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum die Qualität der Bestrahlungsplanung für Protonentherapie auf ein weltweit einmaliges Niveau gehoben. Patienten der Universitäts Protonen Therapie Dresden (UPTD) profitieren seit Juli 2017 unmittelbar von diesen Forschungsergebnissen.

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„Das hat verschiedene Nachteile“, sagt Hoffmann. „Erstens ist der Weichteilgewebe-Kontrast von CT gering und zweitens wird Dosis ins gesunde Gewebe abseits des Zielvolumens eingetragen.“ Hinzu kommt, dass die Protonentherapie anfälliger für Organbewegungen und anatomische Veränderungen als die Strahlentherapie mit Röntgenstrahlung ist. Bei Tumoren, die sich zum Beispiel während der Bestrahlung durch Atmung bewegen, ist die Treffsicherheit somit eingeschränkt. Die fehlende Möglichkeit, solche Bewegungen bildlich darzustellen, wird damit zum größten Hindernis für den Einsatz der Protonentherapie. „Wir wissen nicht sehr genau, ob der Protonenstrahl wie geplant den Tumor trifft“, so Hoffmann. Als Folge müssen Mediziner heute große Sicherheitssäume um den Tumor einplanen. „Dadurch wird aber mehr gesundes Gewebe geschädigt, als bei zielgenauer Bestrahlung nötig wäre. Das Potenzial der Protonentherapie wird also nicht vollständig ausgeschöpft.“

Erster Prototyp für MR-geführte Partikeltherapie

Das wollen Hoffmann und sein Team ändern. In Zusammenarbeit mit dem belgischen Hersteller der Protonenanlage IBA (Ion Beam Applications SA) hat sich seine Arbeitsgruppe zum Ziel gesetzt, die Protonentherapie mit der Echtzeit-Bildgebung über MRT zu integrieren. Denn anders als Röntgen- oder CT-Bilder liefert diese einen exzellenten Weichteilgewebe-Kontrast und ermöglicht kontinuierliche Bildaufnahmen während der Bestrahlung. „Während es zwei solcher Hybrid-Geräte bereits für den klinischen Einsatz in der MR-geführten Photonentherapie gibt, existieren für die Partikeltherapie bisher noch keine.“

Das liegt vor allem an elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen MRT-Scanner und Protonentherapieanlage. Einerseits sind MRT-Scanner auf sehr homogene Magnetfelder angewiesen, um geometrisch akkurate Bilder zu liefern. Andererseits wird der Protonenstrahl in einem Zyklotron, einem Kreisbeschleuniger, erzeugt. In diesem zwingen elektromagnetische Felder die geladenen Teilchen auf eine Kreisbahn und beschleunigen sie. Gelenkt und in Form gehalten wird der Protonenstrahl ebenfalls von Magneten. Diese Magnetfelder können das homogene Magnetfeld des MRT-Scanners stören.