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Dosismessung in magnetischen Feldern: aus dem Labor in die Klinik

Kategorien:
  • Abteilung 6
  • 6.2 Dosimetrie für die Strahlentherapie
  • Metrologie für die Gesellschaft
  • Jahresbericht-Nachricht
20.12.2019

Die Bestrahlung tumorösen Gewebes mit hochenergetischen Photonen ist eine weitverbreitete Behandlungsmethode. Etwa jeder zweite Patient unterzieht sich bei einer Krebserkrankung einer solchen Behandlung. Einige Kliniken verfügen inzwischen über innovative Spezialgeräte (MR-Linacs), mit welchen sich die Strahlung noch präziser auf das erkrankte Gewebe lenken lässt. Die PTB untersucht Methoden, um für diese Geräte eine rückführbare Messung der Wasser-Energiedosis sicherzustellen, diese wurden nun an verschiedenen klinischen Standorten erprobt.

Bei der Behandlung einer Krankheit stellen sich zwei wichtige Fragen. Wie lässt sich durch die Behandlung eine möglichst große heilende Wirkung erzielen und wie lassen sich ungewünschte Nebenwirkungen vermeiden. In der Radioonkologie, der Behandlung von Krebserkrankungen mit Hilfe von ionisierender Strahlung, finden sich diese Gedanken im therapeutischen Fenster wieder. Bis zu einer bestimmten Strahlendosis überwiegt die Schädigung des tumorösen Gewebes der Schädigung des umliegenden gesunden Gewebes, doch ist die Strahlendosis zu groß, wird vermehrt das gesunde Gewebe in Mitleidenschaft gezogen. Aus diesem Grund ist es besonders wichtig die verwendeten Strahlungsfelder so gut wie möglich zu charakterisieren. Hierzu werden im klinischen Umfeld regelmäßig Messungen der Wasser-Energiedosis mit Hilfe von Ionisationskammern durchgeführt. Die Wasser-Energiedosis ist eine Größe, welche angibt, wieviel Energie ein Strahlungsfeld auf eine bestimmte Menge Wasser überträgt und spielt eine zentrale Rolle in den Verschreibungen der Radioonkologie. Aber auch die genaue Kenntnis der Lage und Form des Tumors im Patienten spielt eine wichtige Rolle, schließlich müssen die Photonen zielgenau auf die richtige Stelle gelenkt werden. Um dies zu erreichen, werden in ersten Studien Patienten innerhalb von Magnetresonanztomographen (MRT) bestrahlt, welche durch einen Linearbeschleuniger zur Erzeugung hochenergetischer Photonen erweitert wurden (MR-Linacs). So lässt sich der Tumor im MR-Bild erkennen und die Photonen können direkt an die richtige Stelle gelenkt werden. Doch die Charakterisierung eines Strahlungsfeldes innerhalb eines Magnetresonanztomographen bringt durchaus einige Besonderheiten mit sich. Das gleichzeitig vorhandene und für die Bildgebung benötigte starke Magnetfeld lässt sich nur mit sehr großem Aufwand abschalten.

Die PTB forscht daran die bereits verfügbaren Methoden zur Dosismessung für die Anwendung in MR-Linacs anzupassen. Dies betrifft im Besonderen die Verwendung von Ionisationskammern und Alaninsonden zur Messung der Wasser-Energiedosis. In einer Reihe von Messungen am Christie Hospital in Manchester (GB), am Universitätsklinikum Tübingen (DE) und am Hôpital Riviera-Chablais in Rennaz (CH) wurden die bereits gewonnen Erkenntnisse nun unter klinischen Bedingungen erprobt.

An den Standorten wurden verschiedene Detektoren innerhalb eines Wasserphantoms in 10 cm wasseräquivalenter Tiefe platziert. Daraufhin wurden sie in verschiedenen Orientierungen mit 10 x 10 cm2 Photonenfeldern bestrahlt (Abbildung 1). Die magnetische Flussdichte des verwendeten MR-Linacs (Elekta Unity) betrug hierbei 1.5 T. An den Kliniken in Manchester und Rennaz war es zudem möglich Messungen bei abgeschaltetem magnetischem Feld durchzuführen.

Hierbei konnten sowohl die unter Laborbedingungen bestimmten Korrekturfaktoren für den Einfluss des magnetischen Feldes auf Ionisationskammern aber auch die von der PTB durchgeführten theoretischen Betrachtungen und Computersimulationen bestätigt werden.

Die genaue Kenntnis der Wasser-Energiedosis ist allerdings nur der erste Schritt. Die genaue Lokalisierungskontrolle des MRT weitet das Fenster für Behandlungsmethoden wie der Stereotaxie, welche auf der Verwendung sehr kleiner Strahlungsfelder beruhen. Die genaue Charakterisierung dieser besonders kleinen Strahlungsfelder stellt eine besondere Herausforderung dar, die in der PTB zukünftig bearbeitet wird.

Abb. 1: Messaufbau am Christie Hospital in Manchester (GB). Eine Farmer-Ionisationskammer wurde innerhalb eines Wasserphantoms im MR-Linac positioniert. Zusätzlich dient eine kleinere Semiflex-Ionisationskammer zur Kontrolle des Strahls. Der Photonenstrahl tritt von rechts, durch die Kunststoffverkleidung in die MR-Röhre ein. Bei dem Wasserphantom handelt es sich um eine Spezialentwicklung des National Physical Laboratory (London).

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