Aktuelles › Fraun­ho­fer IOF · Ein­zig­ar­tige Mess­tech­nik in der Strahlentherapie

Joseph-von-Fraun­ho­fer-Preis für For­scher aus Jena

© Fraun­ho­fer / Piotr Ban­c­ze­row­ski Die Gewin­ner des Joseph-von-Fraun­ho­fer-Prei­ses für 3D-basierte Lage­kon­trolle in der Strah­len­the­ra­pie: Dr. Peter Kühms­tedt, Mat­thias Heinze und Dr.-Ing. Chris­toph Mun­kelt (v.l.n.r.).

Neue Hoff­nung im Kampf gegen Krebs: Ein For­scher-Team des Fraun­ho­fer-Insti­tuts für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik IOF hat gemein­sam mit dem Indus­trie­part­ner Varian Medi­cal Sys­tems ein neu­ar­ti­ges Sys­tem zur Strah­len­be­hand­lung von Tumo­ren ent­wi­ckelt, das die Hei­lungs­chan­cen bei Krebs ver­bes­sert. Für das pro­duk­ti­ons­reife Gesamt­sys­tem erhal­ten die Wis­sen­schaft­ler den Joseph-von-Fraunhofer-Preis.

Für die Strah­len­be­hand­lung von Tumo­ren machen sich Medi­zi­ne­rin­nen und Medi­zi­ner die zer­stö­re­ri­sche Kraft der Strah­len­be­hand­lung zunutze: Mit ihr las­sen sich die Tumor­zel­len gezielt abtö­ten und krebs­kranke Men­schen in die Hei­lung füh­ren. Ele­men­tar ist, die Tumor­re­gion voll­stän­dig zu tref­fen und das gesunde Gewebe gleich­zei­tig mög­lichst zu scho­nen – eine Prä­zi­sion, von wel­cher der Behand­lungs­er­folg maß­geb­lich abhängt. Das medi­zi­ni­sche Per­so­nal erstellt daher vorab über die strah­len­ba­sierte Com­pu­ter­to­mo­gra­phie ein genaues Bild des Tumors und plant anhand die­ser Auf­nah­men die Behand­lung. Steht einige Tage spä­ter die eigent­li­che Bestrah­lung an, muss die zu behan­delnde Per­son exakt so posi­tio­niert wer­den wie bei der Erst­un­ter­su­chung. Auch darf sich die Lage wäh­rend der The­ra­pie nicht verändern.

Mit einem neu­ar­ti­gen Sys­tem lässt sich die Posi­tion von Pati­en­tin­nen und Pati­en­ten sowohl vor als auch wäh­rend einer Bestrah­lungs­the­ra­pie kon­ti­nu­ier­lich über­wa­chen. Die Chan­cen auf eine erfolg­rei­che Behand­lung und damit ver­bun­dene Hei­lung wer­den dadurch merk­lich gestei­gert. Sprich: Ein ele­men­ta­rer Bei­trag zu einer scho­nen­de­ren und gleich­zei­tig effek­ti­ve­ren Krebs­the­ra­pie. Für das pro­duk­ti­ons­reife Gesamt­sys­tem, ent­wi­ckelt mit dem Indus­trie­part­ner Varian Medi­cal Sys­tems, erhal­ten Dr. Peter Kühms­tedt, Dr.-Ing. Chris­toph Mun­kelt und Mat­thias Heinze vom Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik IOF den Joseph-von-Fraun­ho­fer-Preis 2022. Wich­tig war der Jury vor allem die Erleich­te­rung für die erkrankte Per­son, die sich der Behand­lung unterzieht.

Hoch­fre­quente Bild­rate und auf weni­ger als einen hal­ben Mil­li­me­ter genau

»Das Sys­tem bil­det den Behan­del­ten vor und wäh­rend der Bestrah­lung mit einer Genau­ig­keit von weni­ger als einem hal­ben Mil­li­me­ter und einer hoch­fre­quen­ten Bild­rate drei­di­men­sio­nal ab – das ist ein­zig­ar­tig«, betont Mun­kelt. »Dies ermög­licht, die opti­male Aus­rich­tung der Strah­len unter mini­ma­ler zusätz­li­cher Strah­len­be­las­tung durch bild­ge­bende Rönt­gen­sys­teme zu über­wa­chen. Opti­sche Sys­teme erlau­ben zudem eine genaue Kon­trolle der Pati­en­ten­po­si­tion bei hoch­do­sier­ter Bestrah­lung mit weni­gen The­ra­pie­sit­zun­gen. Die The­ra­pien sind sehr effek­tiv und redu­zie­ren auch die kör­per­li­chen und psy­chi­schen Belas­tun­gen.« Bereits bei der ers­ten Unter­su­chung via Com­pu­ter­to­mo­gra­phie pro­ji­ziert ein opti­scher Sen­sor ein ver­än­der­li­ches, für das mensch­li­che Auge unsicht­ba­res Infra­rot-Mus­ter auf den Kör­per, das von zwei Kame­ras erfasst wird. Die Pati­en­tin­nen und Pati­en­ten, die auf­grund der Erkran­kung bereits emo­tio­nal vor­be­las­tet sind, wer­den durch das Licht nicht zusätz­lich irri­tiert – ein wei­te­rer Plus­punkt. Anhand der Bil­der ermit­telt das Sys­tem ein 3D-Modell, mit dem sich die rele­van­ten Kör­per­be­rei­che – ein bestrahl­tes Kör­per­areal in der Größe von etwa 30 x 30 Zen­ti­me­tern – spä­ter wie­der exakt so posi­tio­nie­ren las­sen wie bei der Voruntersuchung.

Ein wei­te­rer Vor­teil: Bewegt sich die Per­son wäh­rend der Bestrah­lung, etwa weil sie stark atmet oder Aus­gleichs­be­we­gun­gen macht, ändert sich auch die bestrahlte Kör­per­re­gion. Hier sorgt das Sys­tem eben­falls für mehr Sicher­heit: Ändert sich die Lage des Pati­en­ten, regis­triert das Sys­tem dies umge­hend und schal­tet die Bestrah­lung sicher­heits­hal­ber aus. Per­spek­ti­visch kön­nen klei­nere Lage­ver­än­de­run­gen z. B. infolge der Atmung adap­tiert und die Bestrah­lung live nach­ge­führt wer­den. Auch her­aus­for­dern­dere Bestrah­lungs­ar­ten von ört­lich schwer ver­folg­ba­ren Tumo­ren, etwa im Bereich des Unter­leibs, dürf­ten zukünf­tig in den Bereich des Mög­li­chen rutschen.

Für diese Ent­wick­lung musste das For­schungs­team zahl­rei­che Her­aus­for­de­run­gen meis­tern. »Der Kern der Ent­wick­lung lag jedoch darin, das gesamte Paket als Metho­dik in eine indus­tri­elle Lösung zu über­füh­ren und als Sen­sor­netz­werk aus­zu­ge­stal­ten«, ver­deut­licht Heinze. Lang­fris­tig, so die Erwar­tung des welt­weit agie­ren­den Koope­ra­ti­ons­un­ter­neh­men Varian Medi­cal Sys­tems, wird das neu­ar­tige Sys­teme zur Pati­en­ten­la­ge­über­wa­chung glo­bal weit ver­brei­tet sein.