Liveschaltung während der Tumorbestrahlung
Über Ultraschall machen Physiker Protonenstrahlung im Krebsgewebe sichtbar
Tumorbestrahlung mit Protonen könnte künftig noch präziser werden. Medizinphysiker des Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP) an der Ludwig-Maximilians Universität (LMU) haben zusammen mit Physikern der Technischen Universität (TUM) und des Helmholtz Zentrum München (HMGU) sowie der Universität der Bundeswehr München (UniBWM) konventionelle Ultraschalltechnologie kombiniert mit einer Protonenbestrahlung eines Tumors. Die von ihnen entwickelte Ionoakustik versetzt sie in die Lage, über den Ultraschall den Wirkungsort der Protonenstrahlung in Echtzeit zu verfolgen.
Die Ionoakustik ermöglicht in Echtzeit die genaue Darstellung, wo im Gewebe (rosa) eine Bestrahlung ihre größte Wirkung (lila dargestellt) entfaltet.
Stephan Kellnberger
Eine große Zahl von Tumoren kann mit Strahlung bestehend aus Protonen (positiv geladene Wasserstoffatome) behandelt werden. Protonen treffen dabei auf die Krebszellen des Tumors und zerstören sie. Entscheidend ist, dass die Protonen nur die Zellen des Krebsgeschwürs treffen und abtöten und das umliegende Gewebe verschonen. Die Mediziner müssen also die Energie der Protonen zielgenau im Tumor abladen um maximale Wirkung auf die kranken Zellen zu erzielen. In der klinischen Anwendung ist es daher wichtig zu wissen, wo die Strahlung aus Protonen ihre Wirkung maximal entfaltet. Das ist genau dort im Körper der Fall, wo sie besonders stark abgebremst wird. Diese Stelle maximaler Dosisabgabe ist der so genannte „Bragg peak“ und sollte ausschließlich im Tumor liegen.
Die Medizinphysiker des Munich-Centre for Advanced Photonics an der LMU haben nun in Kooperation mit Arbeitsgruppen der TUM/HMGU und UniBWM eine Methode entwickelt, mit der sie während der Bestrahlung überprüfen können, wo die Strahlendosis im Tumor gerade ihre Wirkung entfaltet. Dazu haben die Physiker konventionelle Ultraschallmessungen kombiniert mit der gleichzeitigen Messung des Ultraschallsignals verursacht durch die Bestrahlung mit Protonen. Ihnen ist es damit in einem präklinischen Experiment erstmals gelungen, einen Strahl aus Protonen im Gewebe sichtbar zu machen zusammen mit dem Ultraschallbild dieses Gewebestücks. Mit der von ihnen entwickelten „Ionoakustik“ sind sie nun in der Lage, in Echtzeit und dreidimensional zu verfolgen, wo im Körper die Strahlung ihre größte Wirkung entfaltet. Die Forscher bestimmten damit die Treffsicherheit des Protonenstrahls mit unter einem Millimeter Genauigkeit. Zusätzlich und gleichzeitig haben sie auch durch gezielte Beleuchtung mit Laserlicht ein optoakustisches Bild der bestrahlten Gewebestruktur gemessen.
Um die Ionoakustik in die klinische Praxis zu überführen, wollen die Physiker diese Ultraschalltechnologie so modifizieren, dass die Signale auch bei einer, für therapeutische Anwendungen, üblichen Bestrahlungsdosis messbar werden.
Zurzeit wird Protonenstrahlung noch mit großen und teuren Beschleuniger-Anlagen produziert. Doch neue Laser-Technologien, wie sie im Munich-Centre for Advanced Photonics und im daraus entstandenen Laserforschungszentrum Centre for Advanced Laser Applications (CALA) entstehen, versprechen eine kostengünstigere und möglicherweise energetisch besser angepasste Protonen-Strahlung für den medizinischen Einsatz. Auch im Hinblick auf die künftig lasergetriebene Strahlenproduktion verspricht die Ionoakustik eine besonders geeignete und höchst präzise Messmethode um Protonentherapien künftig noch zielgenauer und damit Patienten-schonender zu konzipieren.
Originalveröffentlichung
Stephan Kellnberger, Walter Assmann, Sebastian Lehrack, Sabine Reinhardt, Peter Thirolf, Daniel Queirós, George Sergiadis, Günther Dollinger, Katia Parodi & Vasilis Ntziachristos; "Ionoacoustic tomography of the proton Bragg peak in combination with ultrasound and optoacoustic imaging"; Scientific Reports; 7. Juli 2016
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