Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Dresdner Wissenschaftler verfolgen Potonenstrahl erstmals schnell und unverfälscht im Patienten

01.03.2016

Einem Dresdner Forscherteam ist es erstmalig gelungen, die Reichweite von Protonen während der Bestrahlung von Patienten zu bestimmen. Bei dem Verfahren setzten die Experten der Medizinischen Fakultät der TU Dresden, des OncoRay Zentrums Dresden, des HZDR und der iba – Unternehmensgruppe für Ion Beam Applications – eine neu entwickelte Schlitzkamera ein. Mittels der prompten Gammastrahlung ist es damit möglich, die Reichweite von Protonen nicht nur im Labor zu bestimmen, sondern unter klinischen Bedingungen. Die anhand des neu entwickelten Verifikationssystems erzielten Ergebnisse wurden im führenden europäischen Strahlentherapie-Journal „Radiotherapy and Oncology“ veröffentlicht.

„Heute sind wir an einem Punkt in der Protonentherapie angekommen, dass wir sagen können, viele Tumore, die bislang schlecht chirurgisch behandelt werden konnten, können mittels einer wirkungsvollen Bestrahlung gut in Schach gehalten werden“, sagt Prof. Michael Baumann, Direktor der Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie am Universitätsklinikum Carl Gustav Carus und des gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) getragenen OncoRay Zentrums für Krebsforschung, der gemeinsam mit seinem Ärzteteam seit einem Jahr in Dresden täglich Patienten mittels Protonentherapie behandelt und beachtliche Erfolge erzielen konnte.


Die OncoRay-Wissenschaftler Dr. Guntram Pausch (links) und Dr. Christian Richter vor der Schlitzkamera

Foto: Medizinische Fakultät der TU Dresden / Stephan Wiegand

„Wir als Ärzte hatten nur ein zunächst kleines, auf den zweiten Blick aber doch etwas größeres Problem“, sagt Prof. Baumann, weiter, „denn wir konnten nicht auf den Millimeter nachverfolgen, bis zu welcher Tiefe der Protonenstrahl tatsächlich in den Patienten eindringt und seine Energie entfaltet.“

Bislang lassen die Wissenschaftler bei der dreidimensionalen Dosisberechnung immer einen gewissen „Sicherheitsabstand“, wodurch mehr gesundes Gewebe bestrahlt wird als nötig ist. In aller Regel ist der zwischen fünf und zehn Millimeter, sowohl vor als auch hinter dem Tumor.

„Das klingt im ersten Moment nicht sonderlich viel, aber wenn man kurz abstrahiert und sich mal vor Augen führt, dass der Tumor vielleicht die Form einer Orange hat, dann sind die Volumen von Schale und Fruchtfleisch durchaus vergleichbar“, sagt Dr. Christian Richter, der eine Forschungsgruppe leitet, die sich in den letzten Jahren intensiv damit beschäftigte, die Präzision der Protonenbestrahlung zu verbessern.

„Unsere größte Herausforderung war, dass die Protonen nicht wieder aus dem Körper austreten. Sie entfalten ihre gesamte Energie an einer fest definierten Stelle und unterscheiden sich daher beispielsweise von bekannten Röntgenstrahlen. In der Konsequenz hieß das für uns, wir konnten kein direktes Messverfahren entwickeln.“

Die Idee war also ein indirekter Lösungsansatz. Die Wissenschaftler um Dr. Christian Richter machten sich eine Gesetzmäßigkeit zunutze: Bei einer Bestrahlung mit Protonen entsteht im Patienten Gammastrahlung, welche aus dem Patient nach außen dringt. Die Gammastrahlung wird prompt, ohne zeitlichen Verzug freigesetzt und verteilt sich in alle Richtungen. Mittels einer Schlitzkamera wird nur der Teil eingefangen, aus dem sich auch die „Eindringtiefe“ der Protonen schlussfolgern lässt.

Die Aufgabe bestand darin, dieses „Nebenprodukt“ mit einem geeigneten Detektor zu messen. Dazu haben die Dresdner Wissenschaftler ihr Knowhow in einen einzigartigen Forschungsverbund eingebracht. So kam es zu einer Kooperation von Experten der Medizinischen Fakultät der TU Dresden, dem OncoRay Zentrum Dresden, dem HZDR und der iba – Unternehmensgruppe für Ion Beam Applications, einem der weltweit führenden Hersteller für Protonenstrahlanlagen. In dieser effektiven Konstellation konnte in den letzten Monaten ein von iba entwickelter Prototyp einer sogenannten Prompt-Gamma-Kamera in vielen präklinischen Experimenten getestet werden.

„Mittlerweile können wir sagen, dass wir die Kamera so gut einstellen und kalibrieren können, dass sie auf die Signale des Ionenstrahls empfindlich genug reagiert, und dass wir damit eine international beachtete Lösung gefunden haben, um die Position eines Protonenstrahls im Körper des Patienten zu messen“, erklärt Dr. Guntram Pausch, der die Tests wissenschaftlich begleitet hat.

Um die Gammastrahlung sichtbar werden zu lassen, bedienen sich die Dresdner Forscher eines schon länger bekannten Phänomens – dabei trifft die Gammastrahlung auf einen auf optische Signale reagierenden Hintergrund. Tausende von Lichtblitzen müssen in der Folge ausgewertet werden, die in ihrer Abstufung ein Bild liefern und mit der zuvor herkömmlich berechneten Protonenstrahldosis ins Verhältnis gesetzt werden können.

Eine regelrechte Fleißaufgabe, der sich das Wissenschaftlerteam stellt und aufgrund von vielen Messungen einen Algorithmus gefunden hat, mit dem sich tatsächlich der Verlauf des Protonenstrahls beschreiben lässt. „Diese Schlitzkamera ist so gestaltet, dass sie sich sehr schnell neben dem Patienten genau positionieren lässt“, resümiert Christian Richter, der mit seinem Team daran gearbeitet hat, den Prototypen der Prompt Gamma Schlitzkamera wirklich klinisch einsetzen zu können.

Weltweit arbeiten mehrere Teams daran, wie sich mit der prompten Gammastrahlung die Reichweite von Protonen verifizieren lässt. In Dresden ist es aber dem bereits beschriebenen Forschungskonsortium mit ihrer Schlitzkamera erstmalig gelungen ein Verifikationssystem zu entwickeln, dass wirklich unter klinischen Bedingungen – am Patienten – eingesetzt werden konnte und nicht nur im Labor, unter idealisierten Bedingungen funktioniert.

Eine der ganz großen Ansprüche war es, dass das Messverfahren recht störunempfindlich und verhältnismäßig robust ist, damit der Einsatz in der Praxis nicht von mehreren möglichen Fehlerquellen beeinflusst wird. Mit der jetzt entwickelten und erstmalig am Patienten eingesetzten Prompt-Gamma-Schlitzkamera steht den Strahlenmedizinern ein Instrument zur Verfügung, mit dem sich der Protonenstrahl im Organismus genau nachverfolgen lässt. Weltweit sorgte diese erste klinische Anwendung in Dresden für Beachtung und einer eingehenden Publikation im führenden europäischen Strahlentherapie-Journal.

Damit ist in Dresden ein neuer Grundstein gelegt worden, auf dem die Protonentherapie in Zukunft weiter verbessert werden kann, unter anderem auch für „Risikopatienten“, die bislang nicht von dieser schonenden und relativ nebenwirkungsarmen Therapie profitieren konnten. Beispielsweise dann, wenn der Tumor sehr nah an strahlensensiblen gesunden Strukturen angrenzt, z.B. in hochsensiblen Hirnregionen.

Publikation
Richter C, Pausch G, Barczyk S, Priegnitz M, Keitz I, Thiele J, Smeets J, Vander Stappen F, Bombelli L, Fiorini C, Hotoiu L, Perali I, Prieels D, Enghardt W, Baumann M.: First clinical application of a prompt gamma based in vivo proton range verification system. Radiotherapy and Oncology 2016 (in press). doi:10.1016/j.radonc.2016.01.004

Kontakt
Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden
Medizinische Fakultät der Technischen Universität Dresden
Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie und Radioonkologie
OncoRay – Zentrum für Medizinische Strahlenforschung in der Onkologie
Direktor: Prof. Michael Baumann
Tel.: 0351 458 5292
E-Mail: Michael.Baumann@uniklinikum-dresden.de

Weitere Informationen:

http://www.krebscentrum.de
http://www.oncoray.de

Konrad Kästner | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uniklinikum-dresden.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Mikroskop im Kugelschreiberformat: Auf dem Weg zur endoskopischen Krebsdiagnose
28.04.2017 | Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.

nachricht Highspeed-Laser erkennt Krebs in zwei Minuten
25.04.2017 | University of Hong Kong

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie