New technologies for a clinical establishment of microbeam radiation therapy
Medical Physics, Biomedical Technology
Final Report Abstract
Die Mikrostrahltherapie ist eine präklinische Form der Strahlentherapie zur Behandlung von Tumoren, die im Vergleich zur konventionellen Therapie in zahlreichen in vitro und in vivo Studien deutlich geringere Nebenwirkungen verursachte bei gleicher Wirkung auf den Tumor. Eine der wesentlichen Hindernisse für die klinische Anwendung der Mikrostrahltherapie ist das Fehlen kompakter Strahlenquellen. Forschung und klinische Umsetzung sind momentan an große Synchrotronstrahlenquellen gebunden. Im Projekt wurden alternative Strahlenquellen für die Mikrostrahltherapie untersucht. Zum einen wurde eine kompakte Mikrostrahlenanlage in einem Röntgenkabinett entwickelt, die sich für präklinische in vivo und in vitro Forschung eignet. Zum anderen wurden technische Lösungen für eine klinische, kompakte Strahlenquelle basierend auf dem Konzept der Linienfokusröntgenröhre erarbeitet. Die im Projekt entwickelte kompakte Strahlenquelle liefert Dosisraten von bis zu 8 Gy/min und erlaubt präklinische Bestrahlung in vitro und in vivo mit Feldgrößen von bis zu 2x2 cm². Die einzelnen Mikrostrahlen haben eine variable Breite zwischen 0 und 100 µm und ihr Abstand beträgt 400 µm (Zentrum zu Zentrum). Die Anlage wird intensiv für die präklinische Forschung über das Projekt hinaus verwendet, und auch externe Gruppen nutzen die Anlage für Experimente. Die Planungsstudie einer klinischen kompakten Mikrostrahlquelle hat Lösungen für die Hochspannungsversorgung aufgezeigt und den Wärmetransport im Target mit finite Elemente Methoden untersucht. Aus der Forschungsarbeit sind einige Konzepte entstanden, die aktuell für den Bau eines Prototypen genutzt werden und perspektivisch in ein erstes klinisch einsetzbares Gerät einfließen werden.
Publications
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(2019) Dosimetry of x-ray microbeams using a pixelated large format CMOS sensor. Medical Physics
Flynn, S., Price, P., Allport, P, Patallo, I. L., Thomas, R., Subiel, A., Bartzsch, S., Treibel, F., Ahmed, M., Jacobs-Headspith, J., Edwards, T., Jones, I., Cathie, D., Guerrini, N. and Sedgwick, I.
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"Clinical microbeam radiation therapy with a compact source: specifications of the line-focus X-ray tube." Physics and Imaging in Radiation Oncology 14 (2020): 74-81
Winter J, Galek M, Matejcek C and Wilkens JJ and Aulenbacher K, Combs SE and Bartzsch S
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"Establishment of microbeam radiation therapy at a small animal irradiator." International Journal of Radiation Oncology Biology Physics (2020)
Treibel, F., Nguyen, M., Ahmed, M., Dombrowsky, A., Wilkens, J. J., Combs, S. E., ... & Bartzsch, S.
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"Evaluation of a pixelated large format CMOS sensor for x‐ray microbeam radiotherapy." Medical physics 47.3 (2020): 1305-1316
Flynn S, Price T, Allport PP, Silvestre PI, Thomas R, Subiel A, Bartzsch S, Treibel F, Ahmed M, Jacobs-Headspith J, et al.
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"First demonstration of real-time in-situ dosimetry of X-ray microbeams using a large format CMOS sensor." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 978 (2020): 164395
Flynn S, Price T, Allport PP, Patallo, IS, Thomas R, Subiel A, Bartzsch S, Treibel F, Ahmed M, Jacobs-Headspith J et al.
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(2020). OC-0471: Optimization of a compact x-ray source for clinical microbeam radiation therapy. Radiotherapy and Oncology, 152, S264
Winter, J., Wilkens, J. J., Combs, S. E., & Bartzsch, S.
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(2021). PD-0933 Microbeam radiotherapy planning for a clinical lung tumor case. Radiotherapy and Oncology, 161, S775-S776
Winter, J., Kraus, K. M., Ahmed, M., Combs, S. E., Wilkens, J. J., & Bartzsch, S.
