Publikationsrepositorium - Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Gemäß ihrer Wechselwirkung mit (belebter) Materie sollten Protonenund Ionenstrahlen das Potenzial besitzen, den Erfolg der Strahlentherapie deutlich zu erhöhen. Begründet wird dies durch physikalische Vorteile gegenüber konventionellen Strahlenarten (Photonen, Elektronen), welche i. a. zu einer reduzierten Normalgewebsdosis und zur Möglichkeit der Dosiseskalation im Tumor führen. Im Falle der leichten Ionen kommt zu diesen physikalischen Vorteilen eine Erhöhung der relativen biologischen Wirksamkeit, welche bei adäquater technologischer Umsetzung der Strahlführung (Rasteroder Spotscanning) nahezu auf das Tumorvolumen begrenzt werden kann. Bisher konnten diese physikalisch und biologisch offenkundigen Vorteile der Partikelstrahlen für viele Bestrahlungssituationen nicht in verbesserte Tumorheilung umgesetzt werden.
Dafür sind drei Gründe anzusprechen: (1) Die in der Partikeltherapie angewendeten Behandlungs- und Qualitätssicherungstechniken wurden zum überwiegenden Teil für die konventionellen Therapie an medizinischen Elektronen-Linearbeschleunigern entwickelt und von dort übernommen. Letzteres erscheint nicht adäquat, weil Dosisverteilungen von Partikelstrahlen, im Gegensatz zu Photonenstrahlen, nicht robust gegen Ungenauigkeiten in der gesamten Kette der Strahlentherapie von der CT-Diagnostik bis zur Dosisapplikation sind. (2) Die Zahl der bisher weltweit an technologisch ausgereiften Protonen- oder Ionen-Therapieanlagen in qualitativ hochwertigen klinischen Studien behandelten Patienten ist nach wie vor klein, so dass oftmals statistisch gut gesicherte Therapieergebnisse nicht vorliegen. Generelle Anforderungen der heutigen evidenzbasierten Medizin, insbesondere auch randomisierte Studien, finden nur geringe Berücksichtigung. (3) Die unter (1) und (2) genannten Gründe folgen zu einem großen Teil aus den hohen Investitions- und Betriebskosten für Partikeltherapie-Anlagen, welche jene mit konventioneller Bestrahlungstechnologie um ca. eine Größenordnung übersteigen.
Diese Analyse definiert die medizinischen, strahlenbiologischen und physikalisch-technischen Arbeitsfelder der im Aufbau befindlichen Hochtechnologieplattform am Nationalen Zentrum für Strahlenforschung in der Onkologie - OncoRay, Dresden: (1) Die Entwicklung von Technologien, welche auf die der Partikeltherapie inhärenten Präzision zugeschnitten sind (Bewegungskompensation, Bildführung, dreidimensionale Dosislokalisation, ortsaufgelöste in-vivo Dosimetrie in Echtzeit). (2) Den Einschluss aller Patienten in klinische Studien. (3) Die Entwicklung neuartiger auf der Laser-Teilchenbeschleunigung beruhender Partikeltherapie-Anlagen, die kompakt und kostengünstig sind.
Diese klinischen und wissenschaftlichen Zielstellungen bestimmen die Auslegung der Anlage. Sie wird auf dem Gelände des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus Dresden errichtet und in die bestehende Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie und Radioonkologie integriert. Sie wird mit einer konventionellen Zyklotron basierten Protonen-Bestrahlungsanlage (Hersteller: Fa. IBA, Louvain-la-Neuve, Belgien) ausgerüstet. Der Protonenstrahl bedient vorerst einen klinischen Bestrahlungsbunker mit isozentrischer Gantry, ausgestattet mit einer universellen Strahlführung für passive und aktive Bestrahlungsfeld-Formierung. Ferner wird für experimentelle Arbeiten der Protonenstrahl in einen Experimentalbunker geführt. Auf dessen Dach wird ein Reinraum für einen Dioden gepumpten Hochintensitäts-Laser der Petawatt-Klasse errichtet. Das Laserlicht wird in den Experimentalbunker geführt, so dass dort sowohl konventionell als auch Laser beschleunigte Protonenstrahlen zur Verfügung stehen werden. Dies wird für die Entwicklung und Validierung dedizierter Strahlführungssysteme, dosimetrischer Messverfahren, Echtzeit-Verifikations- und Qualitätssicherungs-Techniken sowie für die Durchführung strahlenbiologischer Experimente an Laser beschleunigten Protonenstrahlen ein bisher weltweit nicht vorhandenes Umfeld bieten.