Design-Studien für Laser-basierte Ionentherapieanlagen

Zur Strahlentherapie von menschlichen Tumoren werden zurzeit überwiegend ultraharte Röntgenstrahlen eingesetzt. Seit einigen Jahren steigt das klinische Interesse, als Alternative zur Röntgenstrahlung hochenergetische Protonen und schwerere Ionen (insbesondere Kohlenstoffionen) zu verwenden. Mit dieser so genannten Teilchentherapie lassen sich wesentlich bessere Dosisverteilungen mit deutlich geringerem Risiko für Nebenwirkungen erreichen. Allerdings ist die dazu nötige Beschleuniger- und Strahlführungstechnik sehr aufwändig, so dass allein schon aus ökonomischen Gründen die Teilchentherapie bisher nur an wenigen Zentren weltweit verfügbar ist. Dies könnte sich durch den Einsatz von laserbasierter Teilchenbeschleunigung ändern, die wesentlich kompaktere Strahlungsquellen und Applikationssysteme verspricht.

Der entscheidende Vorteil einer laser-basierten Teilchentherapieanlage wäre der Aufbau eines kompakten Bestrahlungsgeräts (Gantry), das idealerweise nicht wesentlich größer ist als herkömmliche Röntgentherapiegeräte. Dies erscheint möglich, sobald es mit der in MAP weiterentwickelten Lasertechnologien gelingt, monoenergetische Protonen- oder Ionenstrahlen zu erzeugen und die Zahl der Teilchen pro Laserschuss genau zu kontrollieren. Der Ort der Teilchenbeschleunigung ließe sich dann patientennah im Strahlerkopf unterbringen, sodass in der Gantry-Struktur statt schwerer Umlenkmagnete für den Ionenstrahl nur Spiegel und Vakuumrohre zur Einkopplung des Lasers aus einem Nebenraum sowie ein kurzes Strahlführungssystem nötig sind. Solche Anlagen existieren bisher noch nicht, weder als fertiges Produkt noch als Prototyp. Im Rahmen dieses Teilprojekts im MAP-Cluster werden erste Design-Studien für solche Therapieanlagen erstellt, aus denen sich umgekehrt auch die klinischen Anforderungen für die Anwendung laserbasierter Teilchenbeschleunigung ableiten lassen. Ein wichtiger Aspekt ist dabei auch die Kombination von hochauflösenden bildgebenden Verfahren (z.B. mit brillanten Röntgenstrahlen) und der Hochpräzisionsstrahlentherapie mit Ionen zu einem integrierten Gerät, das diagnostische und therapeutische Komponenten wirkungsvoll vereint.