Ein Schritt näher an der Echtzeit-MR-Bildgebung in der Protonentherapie

Die Protonentherapie ist eine fortschrittliche Krebsbehandlungstechnik, die eine gezielte Dosis an den Tumor abgibt und gleichzeitig umliegendes normales Gewebe schont, was durch die begrenzte Reichweite des Protonenstrahls ermöglicht wird. Dieses präzise Zielen wird jedoch durch Tumorbewegungen oder anatomische Veränderungen im Laufe der Behandlung beeinträchtigt. Das Fehlen schneller Bildgebungsinstrumente zur Lokalisierung bewegter Ziele während der Dosisabgabe ist ein grundlegendes Hindernis für die Ausschöpfung des vollen Potenzials der Protonentherapie.

Echtzeitbildgebung während der Behandlung könnte den Tumor sichtbar machen und den Protonenstrahl mit seiner Bewegung synchronisieren. Die MRT, die kürzlich in herkömmliche photonenbasierte Strahlentherapiesysteme integriert wurde, könnte eine hochauflösende und kontrastreiche Weichteilbildgebung ermöglichen, ohne dass dem Patienten eine zusätzliche ionisierende Dosis zugeführt wird. Doch der Betrieb eines MRT-Scanners in Verbindung mit einem Protonenstrahl ist eine große technologische Herausforderung, die viele lange Zeit für unmöglich hielten.

Aswin Hoffmann von dem HZDR Institut für Radioonkologie – OncoRay in Dresden dachte anders. Hoffmann und seine Kollegen arbeiten seit mehreren Jahren daran Integrieren Sie die MRT in die Protonentherapie. Jetzt plant das Team den Bau des weltweit ersten Prototypen eines Ganzkörper-Protonentherapiesystems, das sich bewegende Tumore mittels MRT in Echtzeit während der Dosisabgabe durch einen aktiv gescannten Protonenstiftstrahl verfolgen kann.

Die größte Herausforderung bei der Integration der MRT in ein Protonentherapiesystem besteht darin, dass MRT-Scanner genau definierte Magnetfelder benötigen, um geometrisch genaue Bilder zu erstellen, während Protonentherapiesysteme elektromagnetische Felder zur Erzeugung, zum Transport und zur Abgabe des Protonenstrahls verwenden. Interferenzen zwischen diesen Feldern könnten das MR-Bild verzerren und die Verteilung der abgegebenen Protonendosis beeinflussen. Hoffmann und sein Team zeigten, dass es technisch möglich ist, beide Systeme zu kombinieren und dass diese Interferenzeffekte antizipiert und somit kompensiert werden können. Sie haben kürzlich auch gezeigt, dass die Die Reichweite des Protonenstrahls kann mit der Online-MRT visualisiert werden.

Das Prototypsystem wird einen rotierenden offenen 0.5-T-MRT-Scanner enthalten, der von hergestellt wird ASG-Supraleiter, das einen heliumfreien, supraleitenden Magnesiumdiborid-Magneten verwendet. Der MRT-Scanner wurde an die Anforderungen der Echtzeit-MRT-gesteuerten Therapie angepasst MagnetTx Onkologie-Lösungen, ein Spin-off der Alberta Health Services LINAC-MR-Gruppe das entwickelte die Aurora RT MR-gesteuertes Strahlentherapiesystem. Ingenieure bei MagnetTx entwickeln außerdem eine Gantry zum Drehen des Scanners sowie Bildverarbeitungsmethoden, um den Tumor automatisch in Echtzeit zu verfolgen.

Im Sommer 2022 plant das Team, das MRT-System in eine aktiv gescannte Protonenstrahllinie in klinischer Qualität bei OncoRay zu integrieren.

Das Design des neuen Protonentherapiesystems basiert auf dem hochmodernen Aurora RT. „Da das Aurora RT für die bildgeführte Strahlenbehandlung optimiert wurde, wird unser Prototypsystem seine einzigartigen Funktionen nutzen, um eine Echtzeit-Bildführung für die Behandlung mit hochpräzisen Protonenstrahlen bereitzustellen“, erklärt Hoffmann Physik-Welt. „Unsere Vision ist es, es nicht nur klinisch für hochpräzise Krebsbehandlungen einzusetzen, sondern auch für andere Pathologien, die nicht-invasiv mit höchster Präzision, vergleichbar mit chirurgischen Eingriffen, behandelt werden können.“

Der MRT-Scanner wird eine kontrastreiche Echtzeit-Bildgebung von Organen im Brustkorb, Bauch und Becken ermöglichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Scanner relativ zum Protonenstrahl um den Patienten gedreht werden kann. Dies wird es dem Team ermöglichen, dosimetrische und biologische Strahleffekte von MRT-Magnetfeldern sowohl senkrecht als auch parallel zum Protonenstrahl zu untersuchen.

MR-gesteuerte Protonentherapie: ein Status-Update

„Die MR-integrierte Protonentherapie wird in der Lage sein, anatomische Veränderungen während der Therapie zu erfassen und Behandlungsanpassungen zu ermöglichen, um die Zielgenauigkeit zu erhöhen und Nebenwirkungen auf normales Gewebe zu reduzieren“, erklärt Hoffmann. „Der Hauptnutzen wird für die Behandlung von Tumoren erwartet, die sich während der Bestrahlung bewegen, wie etwa Leber-, Bauchspeicheldrüsen-, Speiseröhren-, Nieren-, Nebennieren- und Gebärmutterhalskrebs.“

„Dank der Zusammenarbeit mit internationalen Industriepartnern sind mein Team und ich unserem Ziel, bedeutende Innovationen auf diesem Gebiet zu bringen, insbesondere im Bereich der bildgesteuerten Echtzeit-Protonentherapie, einen großen Schritt näher gekommen“, fügt er hinzu.