Entwicklung von Mikrokollimatoren zur hochpräzisen konformalen Bestrahlung von Augentumoren mit I-125-Brachytherapie-Applikatoren

• Antragsteller: Dr. Dirk Flühs
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317201378

Ziel der Strahlentherapie von Augentumoren ist eine vollständige Tumorkontrolle bei gleichzeitig bestmöglicher Erhaltung der Organfunktionalität. Alle Bereiche außerhalb des Zielvolumens sind somit zu schonen, besonders Risikostrukturen wie der Sehnerv, Blutgefäße und der Ziliarkörper. Da diese Strukturen oft jedoch nur durch Millimeter-Abstände vom Zielvolumen getrennt oder ihm sogar unmittelbar benachbart sind, sind zum Erlangen des Therapieziels möglichst große Dosisgradienten zwischen diesen Bereichen ausschlaggebend. Die Feldgradienten und die Strahlfeldgeometrie bislang verfügbarer Brachytherapie-Applikatoren mit dem Niederenergie-Photonenstrahler I-125 und dem Betastrahler Ru-106 erfüllen diese Anforderungen in vielen Fällen jedoch nur sehr eingeschränkt. Bei engen Abständen zwischen Ziel- und Risikostrukturen wird daher oft zumindest versucht, durch eine aufwändige Strahlentherapie mit Protonen bessere funktionale Ergebnisse des Auges zu erreichen.Um diesen Nachteil der Applikatoren zu beheben, wurde von uns das Konzept neuartiger, aus Metall- und Kunststofffolien aufgebauter Mikrokollimatoren für I-125-Seeds entwickelt, die in üblich bemessene Augenapplikatoren eingebaut werden könnten. Messungen an Prototypen zeigten, dass Mikrokollimatoren trotz ihres einfachen Aufbaus ihre Strahlung zielgerichtet in genau definierte Richtungen und Abstrahlwinkel abgeben. Der Dosisabfall an den Feldrändern kann mit mehr als einer Größenordnung pro 0,5 mm sogar deutlich ausgeprägter als der bei einer teuren Protonentherapie sein und erlaubt damit auch eine noch bessere Schonung von Risikostrukturen. Somit eröffnet sich die Möglichkeit zu einer hochpräzisen, konformalen Brachytherapietechnik, die an die Situation beim individuellen Patienten angepasst werden kann.Um die Anwendungsbreite dieses Ansatzes zu bestimmen und die Technik für einen Einsatz in der klinischen Routine aufzubereiten, sind jedoch noch umfassende grundlegende Untersuchungen notwendig. Der Einfluss der konstruktiven Parameter der Mikrokollimatoren auf ihre Dosisverteilung ist ebenso zu bestimmen wie die optimale Bauweise von Applikatoren mit mehreren Kollimatoren, deren Strahlungsfelder sich überlagern. Diese Untersuchungen erfordern sowohl numerische Simulationen als auch hochpräzise dosimetrische Messungen mit neuartigen Miniatur-Plastikszintillatoren. Hinreichend genaue und in der klinischen Routine reproduzierbare Herstellungsverfahren für Mikrokollimatoren und Applikatoren mit integrierten Positionierungshilfen für den operierenden Arzt sowie Ansätze für eine effektive Bestrahlungsplanung mit solchen Applikatoren sollen ebenfalls erarbeitet werden.Am Endpunkt des beantragten Projektes steht die unmittelbare Übernahme der Mikrokollimatoren in die Strahlentherapie okularer Tumoren. Damit soll, über den Stand aller bisher verfügbaren Therapietechniken hinaus, durch verminderte Nebenwirkungen eine bessere Lebensqualität des Patienten erreicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Lorenzo Brualla Barbera; Dr. Marion Eichmann