Positronen-Emissions-Tomographie mit Flugzeitmessung für die Protonentherapie

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Christian Bäumer
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525659135

Das Ziel des Forschungsantrages ist, die Computertomographie (CT) zur Dosisberechnung in der Protonentherapie (PT) zu verbessern und zu erweitern. Das Forschungsprojekt nutzt dazu Bildakquisen mit Positronen-Emissions-Tomographie (PET) Geräten, welche Flugzeitinformationen (ToF) nutzen. In den vergangenen Jahren wurden die PET Geräte und die Rekonstruktions-Software derart verbessert, dass nun sogenannte Gamma-Strahl Schwächungs-CTs (γCTs) errechnet werden können, welche die verteilte Aktivität im Patienten als Strahlenquelle nutzt. Dies wird erreicht durch die gemeinsame Rekonstruktion von Aktivität und Gamma-Schwächung, v.a. mit der Methode der Maximum Likelihood Schätzung von Schwächung und Aktivität (MLAA). Ein kürzlich erschienener Artikel des Antragstellers zeigte den potentiellen Nutzen der γCT von ToF-PET Akquisitionen und MLAA für die Protonentherapie. Prinzipiell funktioniert die neuartige Methode sowohl mit PET-Akquisitionen nach einer Nuklidgabe als auch mit β+ Aktivität, die durch PT-Felder induziert wurde. Für das letztere Szenario bedeutet die neue Methode einen Paradigmenwechsel in der in-vivo Feldverifikation mit PET, welche bereits umfänglich in der Literatur beschrieben wurde. Der Antrag wendet moderne MLAA-Rekonstruktionssoftware, welche selbst im Antrag nicht Gegenstand der Forschung ist, an, um folgende aktuelle Forschungsfelder in der PT voranzutreiben: Erhöhte Genauigkeit des Stoßbremsvermögens im Gewebe im Zusammenhang mit unabhängigen Dosisberechnungen, Metallartefaktunterdrückung und adaptive PT. γCTs stellen eine alternative Methode zur Verfügung, das Stoßbremsvermögen für Protonen aus den Grauwerten der rekonstruierten Bilddatensätze abzuleiten. Dies ermöglicht eine zweite, vollständig unabhängige Dosisberechnung, welche aktuell zur klinischen Qualitätssicherung entwickelt wird. Mit dem Zwei-Spektren-CT sind kürzlich deutliche Verbesserungen der Vorhersage des Stoßbremsvermögens erzielt worden. Jedoch sind die Unsicherheiten bei künstlichem Material hoher Ordnungszahl, z.B. Metallimplantaten, hoch. Durch die Erhöhung der Photonenenergie in der Bildgebung werden von γCTs Verbesserungen erwartet. Weiterhin wird die Verwendung von γCTs für die adaptive PT untersucht werden. In dessen Rahmen könnten γCTs Hinweise auf anatomische Änderungen liefern, die entsprechend weitere Verifikationsaufnahmen mit konventionellen tomographischen Verfahren auslösen. Allgemein handelt es sich bei γCTs um eine neuartige Methode der medizinischen Bildgebung. Daher wird sich ein Teilprojekt der Untersuchung der Bildqualität widmen mit einem Fokus auf die Ortsauflösung und die Auswirkung auf die Genauigkeit der Dosisberechnung. Die geplante Studie nutzt sowohl in-silico Methoden also auch Experimente, in denen PET Akquisitionen mit Phantomen durchgeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen