Real-time in-vivo dosimetrie voor protonenbestraling van oog-, hersen- en hoofdhalskanker

In-vivo dosimetrie voor protonenbestraling van oog-, hersen- en hoofdhalskanker

Achtergrond:
In Nederland zijn er drie actieve centra voor protonenbestraling. Met protonen kan de dosis in de diepte preciezer worden afgegeven. Samen met de beroepsgroep zijn criteria en indicaties voor bestraling van o.a. oogmelanomen, hoofd-hals kanker en hersentumoren vastgesteld. Algemeen gezegd komen de criteria erop neer dat er een vooraf verwacht voordeel van protonenbestraling t.o.v. de conventionele fotonenbestraling moet zijn.

Probleemstelling:
Protonenbestraling is niet alleen preciezer maar ook meer gevoelig voor veranderingen in de anatomie van de patiënt gedurende de opeenvolgende dagen van behandeling. Bij fotonenbestraling kan er bovendien gemeten worden wat er daadwerkelijk tijdens een bestralingssessie aan de patiënt gegeven is. Dat heet in-vivo dosimetrie. Je hebt dan dus niet alleen een vooraf berekende dosis maar kan dit afzetten tegen de daadwerkelijk gegeven dosis en eventueel fouten corrigeren. Voor protonen bestaan deze systemen niet. Niet alleen zijn protonen dus gevoeliger voor veranderingen van de patiënt maar kan de werkelijk afgegeven dosis ook nog eens slechter gemeten worden.

Onderzoeksrichting / Oplossing:
Dit project is bedoeld om bij patiënten met tumoren nabij hoofd en hals (oog, hoofd-hals en hersentumoren) die bestraald worden met protonen een meetinstrument te ontwikkelen waarbij tijdens het afgeven van de bestraling de dosis gemeten kan worden en naar aanleiding daarvan de bestraling kan worden aangepast. Het voorgestelde apparaat maakt gebruik van het feit dat protonenbestraling een signaal in de patiënt achter laat. Dit signaal bestaat uit het minimaal en kortdurend radioactief worden van het bestraalde weefsel (“activatie”). De hoeveelheid hiervan is afhankelijk van de lokaal afgegeven dosis en kan worden gedetecteerd door positronemissie tomografie (PET). Door middel van twee aan beide zijdes geplaatste PET-detectoren kan het signaal worden opgevangen tijdens de bestraling. Vervolgens kan het ontvangen signaal worden vergeleken met het verwachte signaal, dat wordt voorspeld op basis van de te geven bestraling en de (CT-)scan van de patiënt. Hiermee kan dus worden gecontroleerd of de bestraling met de juiste hoeveelheid op de juiste plaats terecht is gekomen en eventueel een correctie worden toegepast. De dosisafgifte van protonen kan dus nu wel direct in de patiënt gemeten worden.

Onderzoeksopzet:
Het beoogde apparaat bestaat op dit moment niet, dit project is bedoeld om het apparaat te ontwikkelen tot op het niveau dat het in patiënten getest kan gaan worden. Allereerst zal daarom een fantoom gelijkend op een patiënt worden gemaakt (WorkPackage1). Hierop worden klinisch relevante bestralingen voorbereid d.m.v. de normaal voor een patiënt geldende procedures (WP2). De benodigde detector is kostbaar, vooral in de uiteindelijk benodigde afmetingen van ca 30x30 cm aan weerszijden van de patiënt (meer dan 100.000 Euro per kant). Om kosten te besparen zal in deze fase een kleinere detector worden ontwikkeld (ca 50cm2), die stapsgewijs alle posities zal afwerken van de grotere detector zodat de metingen hiervan kunnen worden nagebootst (WP3). Met het dosisplan van WP2 en de stapsgewijs bewegende detector van WP3 zal het signaal uitgelezen kunnen worden (WP4). In de tweede fase van WP4 zal dit diverse malen bestraling worden herhaald om inzicht te krijgen in de nauwkeurigheid van de in-vivo dosimetrie.

Uitkomst van het project:
De verwachte uitkomst van het project is een prototype apparaat waarmee de protonendosis in hersen, hoofdhals en oogbestralingen zoals afgegeven in een op de mens gelijkend fantoom nauwkeurig gemeten kan worden. De benodigde stappen voor implementatie zijn vooral aan het eind van het project te zetten. Vervolg op dit project is om het apparaat met grotere detector (30x30cm) te maken en bij daadwerkelijke patientbestralingen de dosis te meten en de bij dit project gebleken betrouwbaarheid te verifiëren. Dit alles kan in HollandPTC uitgevoerd worden zeker ook vanwege het feit dat het laboratorium waar de apparatuur gemaakt wordt (TU Delft) fysiek op hetzelfde terrein staat.