Ionen-Strahlentherapie in Heidelberg

Transkript

1 Ionen-Strahlentherapie in Heidelberg Freudenstadt, Oktober 2013 Stephan Brons Heidelberger Ionen Therapie

2 Überblick Warum Strahlentherapie mit Ionen? Das Rasterscan-Verfahren Konzept, Mission und Realisierung des Heidelberger Ionentherapie Zentrums (HIT) Ausblick

3 Alles begann 1904 in Australien The recorded ionization curves brought to light a fact, which we believe to have been hitherto unobserved. It is, that the a particle is a more efficient ionizer to-wards the extreme end of its course. Bragg WH, Kleeman R. On the ionization curves of radium. Phil. Magazine 1904; S.6: Einführung der Röntgen-Diagnostik in Australien 1896 Nobel-Preis in 1915 zusammen mit seinem Sohn Wiliam Lawrence Bragg

4 Tiefendosisverteilungen Mit zunehmender Tiefe ist der Bragg-Peak niedriger und breiter. Das Verhältnis Peak-to-Plateau ist am größten für kleinste Energien!

5 Spread Out Bragg Peak - SOBP Erzeugung eines ausgedehnten Bragg-Peaks durch Überlagerung mehrerer Bragg-Peaks unterschiedlicher Strahlenergie

6 Therapeutischer Vorteil Schonung des Gewebes im Eintrittsbereich Keine / wenig Dosis hinter dem Tumorvolumen

7 Die Pioniere in Harvard und Berkeley Robert Wilson 1946: Radiological use of fast protons, Radiology 47, 487. Ernest Lawrence, Glenn Seaborg and Robert Oppenheimer in 1946 at the control panel of the 184-Inch Cyclotron (125 MeV, 4000t). J. Lawrence begann ST mit He in 1957 und schwereren Ionen in 1977 Insgesamt wurden 2482 Patienten mit He, C, Ne, Si, Ar bis 1992 behandelt

8 Ionentherapie / Strahlenbiologie Lokal sehr hohe Dosis

9 Zellüberleben LET-abhängig Gewebe-abhängig => Biologische Selektivität!

10 Survival Elsässer, IJROBP 2010 RBW und OER He:, 12 C:, 20 Ne: Weyrather Int.J.Rad.Biol. (1999) Furusawa Rad.Res. (2000) Erhöhte RBW in resistenten Tumoren Verbessertes Ansprechen in hypoxischen Tumoren Klinische Relevanz bleibt zu zeigen

11 Events [10 3 ] Dose [kgy] In vivo Monitoring mit PET PET n PET 6 Dose Vergleich mit berechneter Aktivitätsverteilung Activity Range [mm]

12 PET / Schädelbasistumor Dosis Verteilung 12 C PET-Messung (GSI, Darmstadt)

13 Situation und Bedarfslage Relevanz der lokalen Tumorkontrolle (EU-Studie 1991) 2/3 der Patienten sind lokal erkrankt zum Zeitpunkt der Diagnose In 18% scheitert der lokale Therapieansatz => Tote/Jahr in der EU Protonen und Ionen haben das Potential Patienten/Jahr in der EU zu heilen

14 Indikationen Risikoorgan Lokalisationen: Hirn and Schädelbasis, Prostata, Leber, Lunge, Weichteilsarkome Charakteristik: tiefliegende und strahlenunempfindliche Tumoren in der Nähe zu Risikoorganen Tumor tumorkonforme Dosisverteilung

15 Das Rasterscan-Verfahren

16 Aktive Energievariation

17 Intensitätsmodulation Fluenzverteilung in einer einzelnen Schnittebene des Zielvolumens

18 Vergleich mit IMRT IMRT: 9 Felder Kohlenstoff: 2 Felder

19 Laterale Aufstreuung (300 MeV/u) Vielfachstreuung von Ionen (E. Rutherford) (200 MeV) depth [cm] Je schwerer die Ionen, desto geringer die laterale Streuung Vernachlässigbare Seitenstreuung von 12 C-Ionen im Vergl. zu Protonen

20 Aufstreuung 12 C-Ionen (GSI) Protonen (Capetown/SA) Vorteil durch Rasterscanning und geringere Seitenstreuung

21 The dose conformation potential Example: 12 C RT of skull base chordomas Excellent sparing of normal tissue and highly effective RT

22 Heidelberger Ionen Therapie (HIT)

23 HIT / Layout Volle klinische Integration Kompaktes Design Rasterscanverfahren Bestrahlung mit mehreren Teilchensorten im schnellen Wechsel Weltweit erste scannende Schwerionengantry Ca.1000 Patienten/Jahr

24 HIT / LINAC Cooperation: GSI + IAP Frankfurt/M. Compact design Proven technology Fast change of the ion species Fast intensity variation (range ) Constant beam parameters Ion source RFQ

25 HIT / Synchrotron Compact design Proven technology Multi-turn injection => high intensities Multi-turn injection Flexible beam extraction (optimized for raster scanning) Fast energy variation Multiple extraction 0.5 to10 s

26 HIT / Beschleuniger Ionenquellen Synchrotron

27 HIT / Medizintechnik Abteilungsweites Workflowkonzept (Photonen- und Teilchentherapie) Horizontalplätze: roboterbasierter Patiententisch roboterbasiertes digitales Röntgen C-Bogen 30 Hz computertomographiefähig In-beam PET Gantryplatz: Integration von roboterbasierter Patiententisch digitales Röntgen PET-Option vorgesehen

28 HIT / Robotertechnik Robotergesteuerter Behandlungstisch Robotergesteuerter C-Bogen Automatische Lagerungskorrektur

29 HIT / Scannende Schwerionengantry Optimale Dosisapplikation durch beliebige Einstrahlrichtungen Weltweit erste Schwerionengantry Erstmalige Integration des Rasterscanverfahrens 13m Durchmesser 25m Länge 600to Gesamtgewicht 420to drehend 0,5mm max. Deformation

30 Gantry Zusammenbau

31 Gantry Patientenraum

32 Status Erste klinische Ionentherapie-Anlage in Europa Ca. 600 Patienten/Jahr Finanzieller Break Even erreicht

33 Klinische Anwendung (1): Schädelbasistumoren Dose Volume Histogram (DVH) Primäre Ionen-Therapie 2 Felder 60 GyE in 20 Fraktionen

34 Ergebnisse (1): Lokale Tumorkontrolle IMRT Kohlenstoff Schulz-Ertner et al., 2/2004 Pilotprojekt 12 C-Therapie bei GSI

35 Ergebnisse (1) cont d 12 C P und 12 C Konventionelle ST Ca. 80 Re-Bestrahlungen [Schulz-Ertner et al., IJROBP 2006]

36 Ergebnisse (1) cont d Clivus-Chordom: Subtotale Resektion in 1996 Proton Therapie 79.2 GyE, /98 Tumor Rezidiv 20.8 Gy Photonen + 27 GyE 12 C Boost Pilotprojekt 12 C-Therapie bei GSI

37 Klinische Anwendung (2): ACC s Kombinationstherapie: IMRT-Bestrahlung 54 Gy auf PTV Kohlenstoff-Boost 18 GyE auf GTV Grund: Normalgewebe im PTV Robustere Pläne Mehr Patienten

38 Lokale Tumorkontrolle (2) Lokal fortgeschrittene adenoidzystische Karzinome 12 C + IMRT IMRT Schulz-Ertner et al., 2005 Pilotprojekt 12 C-Therapie bei GSI

39 Die Zukunft der Ionenstrahl-Therapie Patientenzahl Number of patients Proton and Ion Beam Radiation Therapy Protonen Time Zeit Protons Ions thereof Carbon Ions Ionen davon 12 C Daten von (12/2010) Protonen: Etabliert in der klinischen Routine Schwerionen: Startklar für breitere klinische Anwendung Klinische Studien zur Klärung der Rolle der Ionenstrahl-Therapie in der Radioonkologie: Indikationen? Ionensorten? Fraktionierung?

40 Ionentherapie weltweit 2013 HIMAC, Chiba HIBC, Hyogo HIMC, Gunma HIT, Heidelberg CNAO, Pavia MedAustron, Wiener Neustadt Saga, Tokyo Bay, Yokohama, Obu-City (all Japan) Marburg, Lyon, Caen, Shanghai, Lanzhouh

41 Daseinsberechtigung Potentielle Vorteile von Ionenstrahlen: Höhere Dosis-Konformation Reduzierte integrale Dosis Erhöhte biologische Wirksamkeit im Bragg-Peak Was ist die klinische Relevanz? Offene Fragen: Gibt es einen klinischen Vorteil? Für welche Tumoren? Für welche Ionen-Sorten? Dedizierte, klinische Ionenstrahl-Therapieanlagen

42 Nächste Schritte Mehr Strahlzeit für Forschung Inbetriebnahme aller Gantry-Winkel Andere Ionensorten

43 Ionensorten RBW für fraktionierte Bestrahlung von Mäuse-Krypten (Berkeley): Protonen: Tepper et al Ionen: Goldstein et al. 1981

44 Forschungsthema: Organbewegung Lungen Tumor (4D-CT) statisch bewegt => Interplay-Effekte E.Rietzel (MGH) und C.Bert (GSI)

45 Bewegungskompensation Organbewegung Lösung: Bewegungskompensation magnetic scanner Wedge system motion tracking system dynamic treatment plan

46 Klinische Studien

47 Klinische Studien: Leberkarzinome Ausgangslage 4 Wochen post 12 Wochen post D. Habermehl, 12/2011 4x10 Gy (RBE) Prometheus Studie Aktivierungsmessung mittels HIT (J. Bauer)

48 Spontanes Remission Petroklives Chondrosarkom Vor RT 6 Wochen nach 12 C-RT Pilotprojekt 12 C-Therapie bei GSI

49 Vielen Dank!