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UHDpulse - Neues europäisches Forschungsprojekt zur Metrologie für die Strahlentherapie mittels Teilchenstrahlen mit ultrahohen Pulsdosisleistungen

20.12.2019

Abb. 1: UHDpulse Logo

UHDpulse – „Metrology for advanced radiotherapy using particle beams with ultra-high pulse dose rates“ ist ein im September 2019 gestartetes EMPIR-Projekt mit dem Ziel Dosimetriestandards für die FLASH-Strahlentherapie, die VHEE-Strahlentherapie sowie lasergetriebene medizinische Beschleuniger zu entwickeln bzw. zu verbessern. Bei diesen neuartigen Strahlungsmodalitäten sind die Pulsdosisleistungen deutlich höher als bei herkömmlichen medizinischen Beschleunigern. Vor der Einführung in die klinische Praxis muss ein Verfahren zur genauen Messung der Strahlungsdosis bei ultrahohen Pulsdosisleistungen entwickelt werden, um eine zuverlässige Verabreichung der verschriebenen Dosis an den Patienten zu gewährleisten. Im Rahmen des Projekts UHDpulse sollen Messkonzepte entwickelt werden, die rückführbare Referenzstandards und validierte Referenzmethoden für Dosismessungen bei ultrahohen Pulsdosisleistungen umfassen. An UHDpulse sind 5 NMIs und 11 weitere Forschungsinstitute aus acht Ländern beteilig. Aktuelle Informationen sind auf der Projektwebseite unter uhdpulse-empir.eu zu finden.

UHDpulse – „Metrology for advanced radiotherapy using particle beams with ultra-high pulse dose rates“ ist ein im September 2019 gestartetes EMPIR-Projekt mit dem Ziel Dosimetriestandards für die FLASH-Strahlentherapie, die VHEE-Strahlentherapie und lasergetriebene medizinische Beschleuniger zu entwickeln bzw. zu verbessern.

Die FLASH-Strahlentherapie ist eine in der Entwicklung befindliche vielversprechende Therapie zur Krebsbehandlung [1]. Dabei wird die gesamte verordnete Strahlendosis statt in mehreren Fraktionen von einigen Minuten Dauer in weniger als einer Sekunde mittels weniger Strahlungspulse mit ultrahoher Pulsdosisleistung verabreicht. Mit diesem Ansatz kann man die unerwünschten Nebenwirkungen der Strahlung auf das den Tumor umgebene gesunde Gewebe drastisch reduzieren, wobei die heilende Wirkung auf den Tumor genauso effektiv ist, wie bei der konventionellen Strahlentherapie [1 - 3].

Bei der VHEE-Strahlentherapie kommen Elektronenstrahlen mit sehr hoher Energie (> 100 MeV) zur Anwendung. Das hat mehrere Vorteile gegenüber den derzeit in der Strahlentherapie verwendeten klinischen Elektronen- und Photonenstrahlen [4, 5]. Die niedrige Energie klinischer Elektronenstrahlen (< 22 MeV) ist ein bedeutendes Hindernis für die Behandlung von Tumoren in größeren Tiefen. VHEE könnte die Begrenzung der Eindringtiefe beheben und die Behandlung von tiefsitzenden Tumoren auch im FLASH‑Regime ermöglichen.

Lasergetriebene medizinische Beschleuniger gelten als die nächste Generation kostengünstiger, kompakter Beschleuniger für die Strahlentherapie [6]. Sie liefern ultrakurze Strahlungspulse mit extrem hoher Dosisleistung.

Die ultrahohe Pulsdosisleistung bei FLASH- und VHEE-Strahlentherapie sowie bei lasergetriebenen medizinischen Beschleunigern stellt eine erhebliche messtechnische Herausforderung bei der Dosimetrie für diese neuen Strahlungsmodalitäten dar. Vor der Einführung in die klinische Praxis muss ein rückführbares Verfahren zur genauen Messung der Strahlungsdosen entwickelt werden, um eine zuverlässige Verabreichung der verschriebenen Dosis an den Patienten zu gewährleisten.

Im Rahmen des UHDpulse Projekts sollen Messkonzepte entwickelt werden, die rückführbare Referenzstandards und validierte Referenzmethoden für Dosismessungen bei ultrahohen Pulsdosisleistungen umfassen. Es sollen auch existierende und neu- oder weiterzuentwickelnde Detektorsysteme auf ihre Eignung zur Dosimetrie bei ultrahoher Pulsdosisleistung untersucht werden. Weiterhin sollen validierte Methoden für die relative Dosimetrie und zur Bestimmung von gepulster Streustrahlung entwickelt werden. Abschließend soll ein Regelwerk erarbeitet werden, welches Empfehlungen auf Basis der im Projekt gewonnenen Erkenntnisse zusammenfasst.

Das UHDpulse-Konsortium vereint auf dem Gebiet der Strahlendosimetrie und Dosimetrie-Detektorentwicklung führende europäische NMIs, Universitäten, Forschungsinstitute und Universitätskliniken. An UHDpulse sind 16 Institute aus 8 Ländern als Partner beteiligt. Neben den fünf NMIs PTB, CMI, METAS, GUM und NPL sind auch die Pioniere auf dem Gebiet der FLASH Strahlentherapie, das Institut Curie in Paris, das Universitätsklinikum CHUV in Lausanne sowie das Protonentherapiezentrum in Orsay involviert. Des Weiteren sind als Detektorentwickler die Firmen ADVACAM aus Prag und PTW Freiburg sowie das Instituto de Microelectrónica de Barcelona, das Politecnico di Milano und die Universidad de Santiago de Compostela beteiligt. Als führende Institute auf dem Gebiet der lasergetriebenen Beschleuniger nehmen Queen’s University Belfast, ELI Beamlines Prag und das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf teil. Ausführlichere und aktuelle Informationen sind auf der Projektwebseite zu finden unter: uhdpulse-empir.eu

Abb. 2: Partner des UHDpuls Projekts

Literatur:

(1)   J. Bourhis et al. “Treatment of a first patient with FLASH-radiotherapy”, Radiotherapy and Oncology 139 (2019) 18-22.
DOI: 10.1016/j.radonc.2019.06.019

(2)   V. Favaudon et al., “Ultrahigh dose-rate FLASH irradiation increases the differential response between normal and tumor tissue in mice”, Science Translational Medicine 6 (2014) 245ra93-245ra93.
DOI: 10.1118/1.598799

(3)   M.-C. Vozenin et al., „The Advantage of FLASH Radiotherapy Confirmed in Mini-pig and Cat-cancer Patients”, Clinical Cancer Research 25 (2018) 35-42.
DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-17-3375

(4)   C. DesRosiers et al., “150-250 MeV electron beams in radiation therapy” Physics in Medicine and Biology 45 (2000), 1781-1805.
DOI: 10.1088/0031-9155/45/7/306

(5)   M. Bazalova-Carter et al., “Treatment planning for radiotherapy with very high-energy electron beams and comparison of VHEE and VMAT plans”, Medical Physics 42 (2015) 2615–2625.
DOI: 10.1118/1.4918923

(6)     K. Ledingham et al., “Towards Laser Driven Hadron Cancer Radiotherapy: A Review of Progress”, Appl. Sci. 4 (2014) 402-443.
DOI: 10.3390/app4030402

Ansprechpartner:

Opens window for sending emailA. Schüller, Fachbereich 6.2, Arbeitsgruppe 6.21

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