Stråling og protonterapi

Teknologien er i rask endring og Haukeland universitetssjukehus har eit prosjekt dedikert til betre doseplanlegging og strålebehandling.


Daniel Aadnevik

Daniel Aadnevik

Helge Pettersen

Helge Pettersen. Fotograf Jorid Sleire

Det planlagte Protonsenteret vil trengja ein skannar som ikkje finst – enno. Neste generasjons strålebehandling bruker nemleg tyngre partiklar, proton, i staden for foton som i dag (sjå liste over omgrep nedst – red.anm). La oss sjå litt på forskjellane.

Strålebehandling med foton 

Fotonterapi er høgenergetisk røntgenstråling, og er den vanlegaste forma for strålebehandling på verdsbasis [1] og det vi gir på Haukeland. Behandlinga har blitt brukt fleire tiår og er blitt stadig meir sofistikert. Vi rettar ei partikkelstråle mot området der kreften er, og formar strålefeltet til kreftens silhuett ved hjelp av flyttbare kiler. Det er uunngåeleg at også friskt vev blir bestråla, noko som vil auke risikoen for biverknadar.

 

Protonterapi  

I protonterapi nyttar vi ladde atomkjernar, proton. Då 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 sender vi fleire til utlandet for å få slik terapi (det finst 91 protonsenter i verda).

Proton oppfører seg heilt annleis enn foton i kroppen. Foton leverer strålingsdose heile vegen gjennom kroppen, mens proton leverer mesteparten i sjølve svulsten før dei stoppar heilt opp. Sensitive organ i nærleiken blir derfor lite påverka. Slike tyngre partiklar, som proton er, 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]. 

Behandlingsplanlegging 

Når vi skal bestråle ein kreftsvulst, er det nødvendig å vite kva vi treff og om andre, friske organ «ligg i vegen» for svulsten. Vi treng derfor eit bilete av korleis pasienten ser ut inni. Til det bruker vi i dag røntgenbasert CT-skanning, men når vi skal gå over til protonterapi, ynskjer vi i tillegg ein annan type. Det oppstår nemleg ei usikkerheit i planlegginga om vi bruker den vanlege CT`en som grunnlag for berekningane. Då kjem også høgare krav til nøyaktig planlegging, uansett kan dette løysast med ein heilt ny type CT-skannar.

Det er jo så at CT-skannaren vi no bruker, seier korleis røntgenstråler passerer gjennom pasienten, men som vi hugsar er foton noko anna enn proton. Når vi lager ein behandlingsplan for protonerapi må vi oversetje verdiane vi fekk frå det tredimensjonale biletet til korleis proton oppfører seg. Omsetjinga gir ei usikkerheit på opptil 1 cm i forhold til kor strålingsdosen blir levert. Men – ved å avbilde pasienten med proton i staden for, kan vi redusere usikkerheita ned til 1 millimeter. Problemet er berre at ein slik skannar ikkje eksister enno!

Vi vil måtte sende meir enn hundrevis av millionar proton gjennom pasienten, ein etter ein, og så måle retninga og energien til kvart enkelt proton etter dei har passert. Dette må gjentakast fleire gonger frå ulike vinklar for å få eit tredimensjonalt bilete. Kliniske proton-CT-avbildingar på titals sekund krev difor svært raske detektorar.

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].

CT med fordelar

Dei siste 15 åra har store framsteg blitt gjort ved Loma Linda-universitetet i California, i 2016 laga dei ein ny prototype på ein klinisk proton-CT-skannar til bruk på hovud og nakke. I dag arbeider fleire senter med eigne prototypar i USA, England, Tyskland og Italia.
 
Eit pågåande samarbeidsprosjekt mellom Haukeland Universitetssjukehus, Universitetet i Bergen og Høgskulen på Vestlandet (som er finansiert av Norsk Forskningsråd og Trond Mohn-Stiftelsen) held på å utvikle eit proton-CT-system med sensorteknologi frå partikkelfysikk-laboratoriet CERN. Ein slik detektor vil vera svært rask når den tar bilete for å kontrollere behandlinga, og kunne ta 3d-bilete for å forbetra doseplanlegginga på titals sekund. (Andre viktige samarbeidspartnarar er det tyske senteret for kreftforsking i Heidelberg (DKFZ), Universitetet i Utrecht og Universitetet i Budapest [4,5].)
 
Prosjektet, der Avdeling for kreftbehandling og medisinsk fysikk deltar, har komme langt, med masseproduksjon av detektorbrikker undervegs og fleire stråletestar unnagjort. Slike system må undersøkjast grundig og optimerast fyrst gjennom datasimuleringar og så gjennom eksperimentelle stråletestar. 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. Protonsenteret i Bergen vil stå klart i 2023—24 og det vil forhåpentlegvis etterkvart nytte ein proton CT-skannar.
 
Daniel Aadnevik, fysikar innan røntgendiagnostikk
Helge Pettersen, forskar innan partikkelterapi

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.
[4]       Pettersen et al., Nucl Instr and Meth for Phys Res A 860 51, 2017
[5]       Pettersen et al., Physica Medica 63 87, 2019
 
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 lada.
-Partikkelterapi:                   
Her meines protonbehandling, sjølv om røntgenbehandling også bruker partiklar, nemleg foton.
-CT:                                        
Computed Tomography, ein røntgenskannar som gir tredimensjonale bilete.