Machbarkeitsstudie zur Integration eines offenen MR-Scanners in die horizontale Strahlführung einer Protonentherapie-Anlage

Einleitung
Aufgrund der steilen Dosisgradienten kann die Treffgenauigkeit in der Protonentherapie (PT) durch Bewegungen und anatomische Veränderungen stark kompromittiert werden. Eine gleichzeitige Bildgebung mittels Echtzeit-Magnetresonanztomographie (MRT) könnte die Treffgenauigkeit erhöhen. Bis heute existieren jedoch keine kombinierten Systeme aus MRT und PT. Ziele dieser Studie waren deshalb die erste Integration eines MR-Scanners in eine PT-Strahlführung, die Überprüfung der Machbarkeit einer gleichzeitigen MR-Bildgebung und Bestrahlung, und die Kontrolle der MR-Bildqualität mit und ohne Strahleinfluss.

Material & Methoden
Ein offener MR-Scanner für muskuloskelettale Bildgebung mit einem vertikalen Magnetfeld von 0.22 T (MRJ2200, Paramed) wurde an einer strahldüsenlosen horizontalen Strahlführung (IBA Proton Therapy) installiert, und durch einen kompakten Faraday-Käfig von Hochfrequenz-Interferenzen abgeschirmt. Um den Protonenstrahl trotz der Strahlablenkung im Magnetfeld des Scanners zentral auf dessen Field-of-View zu richten, wurde das Magnetfeld mit einer Hall-Sonde (HHP-VU, Arepoc) vermessen. Auf dieser Grundlage wurde die mittlere Strahlablenkung für Energien zwischen 70−230 MeV mittels Monte-Carlo-Simulationen (Geant4) berechnet und der Scanner daraufhin um 2 cm versetzt zum Strahlaustritt platziert. Der Strahl wurde kollimiert (Ø=10 mm) und durch ein Strahlrohr in den Faraday-Käfig geführt. Die Strahllage im Field-of-View wurde mittels radiochromischer Filme (EBT3, Ashland) verifiziert. Zur Überprüfung der MR-Bildgebung wurden anatomische MR-Bilder eines Probanden bei deaktivierter Strahlführung sowie MR-Bilder eines Gewebephantoms mit und ohne Strahleinfluss (215 MeV, 5 nA) aufgenommen.

Ergebnisse
Die MR-Aufnahmen (Abb. 1) des Probanden zeigten die für den verwendeten Scanner übliche Bildqualität. Relevante anatomische Strukturen waren klar unterscheidbar. Am Gewebephantom wurde keine Bildverzerrung durch die Strahlführungsmagneten und den Protonenstrahl beobachtet, jedoch eine gleichförmige Bildverschiebung (< 1 mm) in Frequenzkodierrichtung, die vermutlich entweder auf statistische Schwankungen in der scannereigenen Frequenzkalibrierung oder auf das Randfeld der Strahlführungsmagnete zurückzuführen ist.

Zusammenfassung
Die Integration eines offenen MR-Scanners in den experimentellen Strahlengang einer Protonentherapie-Anlage war erfolgreich. Eine gleichzeitige MR-Bildgebung und Bestrahlung ohne Bildverzerrung ist möglich. Eine geringe und potentiell korrigierbare MR-Bildverschiebung wurde festgestellt.