UHDpulse - ein europäisches Forschungsprojekt zur Dosimetrie für neuartige Strahlentherapieansätze mit ultrahoher Pulsdosisleistung
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UHDpulse – ein europäisches Forschungsprojekt zur Dosimetrie für neuartige Strahlentherapieansätze mit ultrahoher Pulsdosisleistung Andreas Schüller, Alexandra Bourgouin und Ralf-Peter Kapsch Fachbereich 6.2 “Dosimetrie für Strahlentherapie und Röntgendiagnostik” im Namen des UHDpulse Konsortiums 51. Jahrestagung der DGMP 2020, virtuell, 9.-11.9.20
UHDpulse – ein europäisches
Forschungsprojekt zur Dosimetrie für neuartige
Strahlentherapieansätze mit ultrahoher
Pulsdosisleistung
Inhalt
• EMPIR Projekt
• FLASH Strahlentherapie
• das metrologische Problem
• Ziele des Projekts, Konsortium
EMPIR Projekt „UHDpulse“
Typ: Joint Research Project
Laufzeit: 2019-2022
Start: 1. Sept. 2019
Förderung: 2.1 M € EMPIR: European Metrology Programme for
Koordinator: Andreas Schüller (PTB) Innovation and Research:
Thema: Instrumente für rückführbare ▪ Metrologie-orientiertes Programm für
Dosismessung für: koordinierte F&E
− FLASH Strahlentherapie ▪ ermöglicht die Zusammenarbeit der
− VHEE Strahlentherapie europäischen Metrologieinstitute
untereinander, mit der Industrie, mit
− lasergetriebene medizinische
Hochschulen und mit anderen
Beschleuniger
Forschungsinstituten
http://uhdpulse-empir.eu/
10.9.2020 3 51. Jahrestagung der DGMP 2020
FLASH Strahlentherapie
FLASH Effekt
Therapeutic window
100
ultrahohe Dosisleistung → Conventional
▪ Reduzierung von FLASH
80
Komplikationen beim
Normalgewebe (NTC) Normal tissue
Probability in %
60 Tumor control (TC) complication (NTC)
▪ gleiche Tumorkontrolle (TC)
▪ weniger Nebenwirkungen, 40 TC without NTC
oder höhere Dosis für
bessere Heilungschance
20
0
Dose
10.9.2020 4 51. Jahrestagung der DGMP 2020FLASH Strahlentherapie
Reduzierte Hirngewebe-Toxizität
Ganzhirnbestrahlung bei Mäusen mit 10 Gy
ohne Bestrahlung
Erkennungsgrad in %
FLASH
konventionell
Dosisleistung in Gy/s gleiche Wirkung auf
Montay-Gruel et al., Radiotherapy and Oncology 124 (2017) 365 Hirntumorgewebe
http://dx.doi.org/10.1016/j.radonc.2017.05.003
10.9.2020 5 51. Jahrestagung der DGMP 2020FLASH Strahlentherapie 36 Wochen
nach Bestrahlung
Reduzierte Haut-Toxizität
34 Gy 31 Gy 28 Gy
konventionell
(5 Gy/min)
nekrotische Läsionen
34 Gy 31 Gy 28 Gy
FLASH
(300 Gy/s)
normales Hautbild
konventionelle und FLASH Bestrahlung
Vozenin et al., Clin Cancer Res 25 (2019) 35
(mit gleicher Gesamtdosis) DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-17-3375
10.9.2020 6 51. Jahrestagung der DGMP 2020FLASH Strahlentherapie
Behandlung des ersten menschlichen Patienten
Erkrankung:
Lymphom der Haut
konventionelle Strahlentherapie:
20 Gy in 6 - 10 Fraktionen,
hochgradige akute Hautreaktion
als Nebenwirkung mit > 3 Monate Tag 0 nach 3 Wochen
zur Heilung
FLASH Strahlentherapie:
10 Pulse (1 ms Dauer) in 90 ms
mit 1.5 Gy/pulse
nach 5 Monaten
Bourhis et al., Radiother. Oncol. (2019)
DOI: 10.1016/j.radonc.2019.06.019
10.9.2020 7 51. Jahrestagung der DGMP 2020metrologische Probleme bei FLASH
FLASH konventionell die in der konventionellen
(mit Elektronen) Strahlentherapie üblichen
Dosis pro Puls 1 – 10 Gy < 0.3 mGy Instrumente und Methoden sind
für FLASH ungeeignet
pulse width 1 -2 ms 3 ms
Pulsdosisleistung 10^6 Gy/s 10^2 Gy/s
keine aktiven Dosimeter für
Pulswiederhol- Dosismessung in Echtzeit
10 – 100 Hz 200 Hz
frequenz
kein Formalismus für
mittlere
40 – 1000 Gy/s 5 Gy/min Referenzdosimetrie
Dosisleistung
(Codes of Practice)
Bestrahlungsdauer < 100 ms > 4 min kein Primärstandard
10.9.2020 8 51. Jahrestagung der DGMP 2020metrologische Probleme bei FLASH
typisches Verhalten einer Ionisationskammer
Verluste durch
Ionenrekombination
(Ionensammeleffizienz)
steigen mit zunehmender
Ansprechvermögen
Dosis pro Puls
konventionell
(< 0.3 mGy/pulse)
FFF
(< 2 mGy/pulse)
IORT FLASH Advanced
(> 20 mGy/pulse) (> 1 Gy/pulse) Markus
Kammer
Dosis pro Puls in Gy/pulse
Petersson et al., Med Phys 44 (2017) 1157
DOI: 10.1002/mp.12111
10.9.2020 9 51. Jahrestagung der DGMP 2020Fokus des Projekts
Teilchenstrahlung mit ultrahoher Pulsdosisleistung
Elektronen, ultrahohe Dosis pro Puls,
100 Protonen ultrakurze Pulsdauer oder beides
300 ms
/
10 ps, ns /
Dose per beam pulse (Gy)
2 ms
10 ms
70 ns
ultra-high
1
ultra-short
0.1 5 fs
conventional
0.01
3 ms
1E-3
1E-4 /
conventional FLASH VHEE laser-driven laser-driven protons from proton FLASH
radiotherapy radiotherapy (RF-driven) electrons protons synchrocyclotron (from cyclotron)
10.9.2020 10 51. Jahrestagung der DGMP 2020Ziele des Projekts
▪ Entwicklung eines metrologischen Rahmens,
einschließlich rückführbarer Primärer- und
Sekundärnormale sowie validierter Referenzmethoden
für die Dosimetrie bei Strahlung mit ultrahoher
Pulsdosisleistung.
▪ Charakterisierung des Ansprechvermögens verfügbarer
Detektorsysteme bei Strahlung mit ultrahoher Dosis
pro Puls und/oder mit ultrakurzer Pulsdauer.
▪ Entwicklung rückführbarer und validierter Methoden für
Relativdosimetrie sowie für die Charakterisierung von
Streustrahlung bei gepulster Strahlung mit ultrahoher
Pulsdosisleistung.
▪ Bereitstellung von Eingangsdaten für Codes of
Practice für die Absolut-Dosimetrie bei Strahlung mit
ultrahoher Pulsdosisleistung.
10.9.2020 11 51. Jahrestagung der DGMP 2020Projektstruktur
WP1: Primärnormale WP2: Sekundärnormale und
Relativdosimetrie
• Definition von Referenzbedingungen
• Anpassung von Primärnormalen • Weitergabe von Primärstandard
(Wasserkalorimeter, Fricke- • Charakterisierung gängiger
Dosimeter) Detektorsysteme
• Prototyp Graphitkalorimeter für • Formalismus für Referenzdosimetrie
lasergetriebene Strahlen für zukünftige Code of Practice
WP4: Detektoren und
WP3: Detektoren für
Methoden für außerhalb
die Primärstrahlung
der Primärstrahlung
• Neuartige,
• Aktive Nachweisverfahren für
anwendungsspezifische aktive
gepulste gemischte Strahlungsfelder
Dosimetrie-Systeme
aus Streustrahlung und gepulsten
Neutronen • Monitor Systeme
10.9.2020 12 51. Jahrestagung der DGMP 2020Konsortium Bestrahlungsan-
Partner und Kollaboratoren NMIs lagenbetreiber Detektorentwickler
5 Nationale Metrologieinstitute
2 Universitätskrankenhäuser
Pioniere der FLASH-Strahlentherapie
4 Universitäten
4 nationale Forschungsinstitute
Experten für Detektorentwicklung,
Dosimetrie und
lasergetriebene Strahlungsquellen
1 europäisches
Forschungsinstitut
für lasergetriebene Strahlungsquellen
5 Firmen
Experten für Detektorentwicklung
Interessierte Institute, die einen Beitrag
1 weiteres EU Projekt zu den Zielen des Projekts leisten
Protonentherapie Netzwerk möchten, können dem Konsortium als
Kollaborator beitreten.
10.9.2020 13 51. Jahrestagung der DGMP 2020This project has received funding from
the EMPIR programme co-financed
by the Participating States and from
http://uhdpulse-empir.eu/ the European Union’s Horizon 2020
research and innovation programme.
10.9.2020 14 51. Jahrestagung der DGMP 2020Sie können auch lesen
