FLASH: Revolution in der Strahlentherapie

FLASH. Schon davon gehört? Bei dieser Behandlungsmethode für Tumorerkrankungen handelt es sich um eine neue Art der Strahlentherapie. Dabei wird in weniger als einer Sekunde eine ultrahohe Pulsdosisleistung appliziert. Dieser neue, vielversprechende Ansatz in der Strahlentherapie stellt besondere Anforderungen an die dosimetrische Messtechnik. 3 Fragen und 3 Antworten an Dr. Rafael Kranzer, Project Manager R&D, und Dr. Frank Schwamm, Product Manager, die FLASH-Dosimetrie-Lösungen bei PTW entwickeln.

Die EU hat 2019 ein Projekt ins Leben gerufen mit dem Ziel, ein Verfahren zur Messung der Strahlendosis bei ultrahohen Pulsdosisleistungen zu entwickeln. Worum ging es genau und welche Rolle spielte PTW in diesem Projekt?

Dr. Rafael Kranzer:
FLASH ist eine neue, vielversprechende Bestrahlungstechnik in der Strahlentherapie. Damit diese Behandlungsmethode in der klinischen Praxis eingesetzt werden kann, muss es allerdings ein Verfahren geben, das es ermöglicht, die Strahlendosis auch genau zu messen.

Die Europäische Union hat aus diesem Grund ein Forschungsprojekt mit dem Namen UHDpulse ins Leben gerufen. Ziele des Projektes waren unter anderem …

… einen metrologischen Rahmen für Dosismessungen bei ultrahohen Pulsdosisleistungen zu entwickeln.

… vorhandene, aber auch neu zu entwickelnde Detektorsysteme auf ihre Eignung für die Dosimetrie von Bestrahlungen mit ultrahoher Dosisleistung oder ultrakurzer Pulsdauer zu untersuchen.

… Referenzstandards für Dosismessungen bei ultrahohen Pulsdosisleistungen zu erarbeiten und geeignete Messverfahren zu entwickeln.

PTW war als ein Partner dieses Projekts in verschiedene Arbeitspakete involviert. Eines davon war die Entwicklung geeigneter Detektoren für die FLASH-Dosimetrie.

In diesem Zusammenhang hat PTW Pionierarbeit geleistet und einen neuen Detektor entwickelt. Was zeichnet diesen Detektor aus und warum können keine bereits vorhandenen Detektoren zur Dosismessung in der FLASH-Therapie eingesetzt werden?

Dr. Frank Schwamm:
Die Dosismessung von FLASH-Bestrahlungen stellt besondere Anforderungen an Detektoren. Dies hat PTW schon frühzeitig erkannt und nach geeigneten Lösungen für die aktive Echtzeitdosimetrie („active real-time dosimetry“) gesucht. Neue Herausforderungen ergeben sich sowohl für die Referenz- wie auch die Relativdosimetrie.

Bei der Referenzdosimetrie an herkömmlichen Linearbeschleunigern wird die absolute Dosis typischerweise mit Ionisationskammern gemessen. Da bei FLASH-Bestrahlungen mit ultrahohen Dosisleistungen gearbeitet wird, kommt es zu sogenannten Rekombinationseffekten in den Ionisationskammern und damit fehlerhaften Messwerten. PTW hat diese Problematik umfassend untersucht, geeignete Detektoren für die Dosismessung von FLASH-Bestrahlungen entwickelt und für diesen Einsatzbereich bereits getestet.

Erste Lösungen für die FLASH-Dosimetrie: Dosismessungen mit flashDiamond an der Universitätsklinik Heidelberg, Bild: Universitätsklinikum Heidelberg

Doch auch für die Relativdosimetrie bei FLASH-Bestrahlungen wird geeignete Messtechnik benötigt. Die Messung von relativen Dosisverteilungen erfolgt in der Regel in einem 3D-Wasserphantom und erfordert Detektoren mit einer sehr hohen Ortsauflösung. Herkömmliche Festkörperdetektoren, die meist auf Silizium-Dioden basieren, können dies aufgrund unzureichender Dosisstabilität nicht leisten.

PTW hat in Zusammenarbeit mit der Universität von Rom Tor Vergata einen neuen Diamant-Detektor, den flashDiamond, entwickelt. Er zeichnet sich durch eine hohe Dosisstabilität aus und misst auch bei den ultrahohen Dosisleistungen, wie sie bei FLASH-Bestrahlungen abgegeben werden, sehr präzise. Dies gilt auch für sehr kleine Feldgrößen.

Die klinische Einführung der FLASH-Strahlentherapie stellt hohe Anforderungen an die Dosimetrie. Die AAPM (American Association of Medical Physics) hat eine neue Arbeitsgruppe gegründet mit dem Ziel, Dosimetriestandards für FLASH-Anwendungen zu erarbeiten. Welche Rolle spielt PTW dabei?

Dr. Rafael Kranzer:
Aufgabe der AAPM Task Group 359 ist es, Leitlinien für die Dosimetrie in der FLASH-Strahlentherapie zu entwickeln. In diesem Zusammenhang werden Strahlenmessgeräte auf ihre Eignung für FLASH-Bestrahlungen bewertet und praktische Empfehlungen zur Kalibrierung, Dosimetrie und Dokumentation erarbeitet. Auch PTW ist in diesem Fachausschuss vertreten. Wir freuen uns natürlich sehr, an den Dosimetriestandards für die FLASH-Strahlentherapie mitarbeiten zu dürfen und dabei unser Knowhow in der Dosimetrie einbringen zu können.