Stråling og protonterapi

Ny protonskannar = tryggare kreftbehandling. Partikkelterapi er ei presis strålebehandling mot vondarta kreftceller, og blir i dag nytta verda rundt. No må morgondagens diagnostiske verktøy utviklast for å halde tritt med teknologien, og Haukeland er på saka med eit dedikert doktorgradsprosjekt.

Daniel Aadnevik

Neste generasjons strålebehandling bruker nemleg tyngre partiklar i staden for høgenergetisk røntgenstråling. Då aukar vi treffsikkerheita og kan skåne friskt vev i større grad. I dag finst 52 slike behandlingssenter på verdsbasis med proton eller tyngre atomkjernar, og fleire er på veg. Regjeringa har gått inn for at vi skal byggje tre eller fire slike anlegg i Norge, blant anna i Bergen. Dette vil betre kreftbehandlinga for eit stort antall pasientar.

Strålebehandling 

Kreftceller er celler som veks og deler seg i ukontrollert tempo. Strålebehandling skadar DNA-molekyl i kreftcellene slik at dei ikkje kan formeire seg vidare. Nesten halvparten av alle kreftpasientar mottar strålebehandling, enten åleine eller i kombinasjon med andre behandlingsformer som cellegift eller operasjon. 

Under strålebehandlinga rettar vi ein partikkelstråle mot området der kreften er, og formar strålefeltet til kreftens silhuett ved hjelp av flyttbare kiler. Då vil vi bestråle både kreftceller og friskt vev. Bestråling av friskt vev vil auke risikoen for biverknadar. Forskjellige partiklar blir nytta i strålebehandling og i dag er høgenergetisk røntgenstråling det vanlegaste, også kalla fotonterapi (sjå liste over omgrepa under – red.anm.). Behandlinga har blitt brukt fleire tiår og er blitt stadig meir sofistikert. Fotonterapi er den vanlegaste forma for strålebehandling på verdsbasis [1] og er det vi gir på Haukeland.  

Partikkelterapi  

Ved bruka av tyngre partiklar i strålebehandling får vi auka treffsikkerhet, men då kjem også høgare krav til nøyaktig planlegging. Dette kan løysast med ein heilt ny type CT-skannar. Før vi ser på kvifor vi treng ein ny type skannar, må vi sjå meir på ulikskapane mellom behandlingsformene. I partikkelterapi nyttar vi ladde atomkjernar i staden for røntgenstråling. Da kan vi levere strålingsdosen med svært høg presisjon og dosen til omliggande friskt vev blir betydelig redusert. Barn og unge med spesielle kreftformer har stor nytte av slik behandling, og i dag sendar vi fleire til utlandet for å få partikkelterapi.  

Partiklane vi nyttar er ladde partiklar som proton eller karbonkjernar. Dei oppfører seg heilt annleis enn foton i kroppen. Foton leverer strålingsdose heile vegen gjennom kroppen, mens ladde partiklar leverar mesteparten i sjølve svulsten før dei stoppar heilt opp. Sensitive organ i nærleiken blir derfor lite påverka. Tyngre partiklar betyr også at DNA lettare blir øydelagt, såleis minskar sjansen ytterlegare for at vondarta kreftceller formeirer seg.  

Bilder fra strålebehandling. Grafikk 

Figur 1: Stråling med foton (venstre) og proton (høgre) for ein pasient med kreft i nasesvelget. Biletet viser eit tversnitt av hovudet til pasienten i gråtonar, og fargeskalaen er berekna strålingsdose (blått tilsvara lite stråling, raudt tilsvara høg stråling). Vi ser at ved protonterapi mottar friskt vev mindre stråling [2]. 

Når vi skal bestråle ein kreftsvulst, er det viktig at ein ikkje skadar friske organ. Det er nødvendig å vite kva vi treff og om andre organ «ligg i vegen» for svulsten. Når vi lager ein plan for korleis vi skal levere strålinga, treng me eit bilete av korleis pasienten ser ut inni.  

Planlegging av partikkelterapi 

Usikkerheita i planlegginga kjem når vi bruker vanleg røntgenbasert CT som grunnlag for berekningane. Ein CT-skannar gir oss eit tredimensjonalt røntgenbilete, og seier korleis røntgenstråler passerer gjennom pasienten. Når vi lager ein behandlingsplan for partikkelterapi må vi oversetje dei verdiane til korleis proton oppfører seg. Omsetjinga gir ei usikkerheit på opptil 1 cm i forhold til kor strålingsdosen blir levert, og den må vi ta omsyn til når vi planlegg behandlinga.  

Dokterar og fysikarar samarbeider så om å lage ein detaljert behandlingsplan der dei bestemmer kor og korleis ein skal bestråle pasienten. Vi bruker alltid eit utvida behandlingsområde slik at vi er sikre på at målvolumet får nødvendig strålingsdose. Vi bestemmer òg kva organ som ikkje bør bestrålast. Usikkerheitene fører til at friske organ mottar unødvendig strålingsdose, og vi får ikkje utnytta teknologien slik vi ynskjer.
 

Proton-CT gir meir påliteleg informasjon 

Ved å avbilde pasienten med proton i staden for røntgenstråler kan vi redusere usikkerheita ned til 1 millimeter. Problemet er berre at ein slik skannar ikkje eksister enno!

Illustrasjon av proton-CT av pasient. Grafikk

Figur 2: Oppsett av ein proton-CT. Sensorar registrerer inngangs- og utgangsposisjonen til kvart proton, og energien blir så målt i ein detektor. Basert på energien frå mange proton kan vi rekonstruere eit bilete. Prosessen blir gjentatt ved ulike vinklar [3].

Vi vil måtte sende meir enn ein milliard proton gjennom pasienten, ein etter ein, og så måle energien til kvart enkelt proton etter dei har passert. Dette må gjentakast fleire gonger ved  ulike vinklar for å få eit tredimensjonalt bilete. Kliniske proton-CT skann på titals sekund krev difor svært raske detektorar. Ein røntgenbasert CT-skannar som vi bruker i dag målar til samanlikning eit stort antall røntgenfotonar samtidig, og kan difor utføre skann på under eit sekund.  

Dei siste 10 åra har store framsteg blitt gjort ved Loma Linda-universitetet i California, og forskingsgruppa laga i 2010 ein prototype av ein klinisk proton-CT skannar til bruk på hovud og nakke. I dag arbeider fleire senter med eigne prototypar i USA, Sveits og Italia. 

Haukeland Universitetssjukehus ønskjer å halde tritt med utviklinga, og frå januar 2015 er det innvilga pengar til eit doktorgradsprosjekt som tar sikte på å vidareutvikle dagens prototypar ved hjelp av digitale modellar og simuleringar av ny teknologi med raskare detektorar. Prosjektet er godt i gang, og det er allereie gjort nye forsøk med ein prototype i samarbeid med fysikarar i Tyskland og Nederland. Utviklinga går i riktig retning, og vi er nærare ein klinisk proton-CT no enn nokon gong, men det vil nok fortsatt ta nokre år før maskina blir eit vanleg syn på sjukehus verda rundt.  
 

Daniel Aadnevik, fysikar innan røntgendiagnostikk

(Fyrst publisert i 2015.)

Referansar

[1]       The American Cancer Society - www.cancer.og
[2]       Taheri-Kadkhoda et al. Radiation Oncology 2008 3:4
[3]       Pursuing protons for medical imaging – Symmetry magazine 2012

Teksten er basert på ein lengre tekst utarbeida i samarbeid med masterbloggen.no 

Omgrep

Partikkel: Naturens minste byggjestein.
Foton: Partikkel som bevegar seg med lysfarten, og gir opphav til all form for elektromagnetisk stråling. Foton har inga elektrisk ladning.
Proton: Partikkel som finst i atomkjernar. Er «nokså» tungt og positivt ladet.
CT: Computed Tomography, ein røntgenskannar som gir tredimensjonale bilete.