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13.07.2016 | Bedeutende Biophysik-Veröffentlichung: Einer der wichtigsten Artikel aus sechs Jahrzehnten

Foto: A. Zschau, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Therapieplatz bei GSI

Bild: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Rasterscanverfahren

Bild: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Software für Rasterscan

 

Eine Veröffentlichung von Forschern des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt und des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) in Heidelberg ist unter die 25 wichtigsten Artikel der 60-jährigen Geschichte des Fachmagazins „Physics in Medicine and Biology“ aufgenommen worden. Die Veröffentlichung aus dem Jahr 2000 war grundlegend für die dreidimensionale Bestrahlungsplanung bei der Tumortherapie mit Ionenstrahlen mithilfe des sogenannten Rasterscanverfahrens. Der Artikel ist in einer Jubiläumsausgabe anlässlich des 60. Geburtstags des Journals noch einmal erschienen.

Die Tumortherapie mit Ionenstrahlen ist ein besonders wirkungsvolles und schonendes Verfahren. Ionenstrahlen dringen in den Körper ein und entfalten ihre schädigende Wirkung im Tumorgewebe, wo sie stecken bleiben. Sie können außerdem durch das bei GSI entwickelte Rasterscanverfahren Punkt für Punkt millimetergenau im Tumorgewebe platziert werden, so dass gesundes umliegendes Gewebe geschont wird. Bis zu 40 000 Rasterpunkte im dreidimensionalen Raum können gezielt angesteuert werden.

Die Veröffentlichung beschreibt die Computer-Programmierung zur Bestrahlungsplanung, die beim Rasterscanverfahren Anwendung findet. "Das Rasterscanverfahren für Kohlenstoffionen war damals eine absolute Neuheit in der Strahlentherapie, desgleichen die dazu notwendige Bestrahlungsplanung. Die Software ist noch heute ein Standard in diesem Feld", sagt Dr. Michael Krämer, Wissenschaftler in der GSI-Biophysik und Erstautor der Veröffentlichung.

Durch die GSI-Bestrahlungsplanung wurde die Grundlage für eine an die Form des Tumors angepasste Bestrahlung mit in Intensität und Energie variierbaren Ionenstrahlen und hoher räumlicher Auflösung geschaffen. "Es war innovativ, in die Software physikalische und radiobiologische Modellierungen sowie dreidimensionale Optimierung unter Berücksichtigung der relativen biologischen Wirksamkeit der Ionen einzubeziehen. Diese oder vergleichbare Technik findet sich heutzutage in allen neu errichteten Anlagen zur Therapie mit Protonen- oder Ionenstrahlen", erläutert Krämer. Die Veröffentlichung wurde bis heute mehrere hundert Mal zitiert, was eine Maßgröße für den wissenschaftlichen Einfluss darstellt. Die Software namens TRiP (Treatment planning for particles) wird auch heute noch verwendet, nicht nur für Kohlenstoffionen, sondern auch für andere Ionensorten wie Protonen, Helium- und Sauerstoffionen, sowie zur Planung von Bestrahlungen von sich beispielsweise durch die Atmung bewegenden Organen wie der Lunge oder der Leber (sogenannte 4D-Bestrahlungen).

Im Bereich der 4D-Bestrahlungen liegt ein großes Entwicklungspotential für zukünftige innovative Behandlungstechniken. Des Weiteren ist geplant, die Software zur Bestrahlungsplanung zu erweitern, um sie zur Risikoabschätzungen der Gefahren durch Strahlung im Weltraum, beispielsweise bei Raumfahrtmissionen, zu nutzen. Diese Thematiken sollen in Zukunft in der biophysikalischen Forschungsarbeit sowohl bei GSI als auch an der geplanten internationalen Beschleunigeranlage FAIR weiter vertieft werden.

In der gleichen Ausgabe des Journals im Jahr 2000 erschien auch eine Veröffentlichung zu ebenfalls relevanten radiobiologischen Aspekten der Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Die beiden Themen wurden getrennt publiziert, obwohl sie wissenschaftlich zusammen gehören. Das Ziel schon damals: Als erste Veröffentlichung sollte die Arbeit über die Bestrahlungsplanung als Referenz für zukünftige Forscher dienen.

Das vom Herausgeber IOP Publishing veröffentlichte internationale Fachmagazin „Physics in Medicine and Biology“ erscheint seit dem Jahr 1956. Es deckt Veröffentlichungen aus der Physik mit Bezug zu Medizin und Biologie ab, darunter beispielweise Strahlentherapie, biomedizinische Bildgebung und Strahlenschutz. Die Redaktion und der internationale redaktionelle Beirat der Zeitschrift wählte die Publikation aus der Gesamtzahl von mehr als 10.000 Veröffentlichungen aus.

Weitere Informationen

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Therapieplatz bei GSI
Rasterscanverfahren
Software für Rasterscan
Am Behandlungsplatz bei GSI wurden über 400 Patienten, hauptsächlich mit Tumoren im Kopf und Nackenbereich, mit Kohlenstoffionen behandelt.
Der Tumor wird in Schichten eingeteilt. Die Schichttiefe wird durch die Energie der Kohlenstoffionen eingestellt. Durch magnetische Ablenker wird der Strahl von rechts nach links und oben nach unten über die Schicht gescannt.
In der Software ist der Ablauf der Behandlung mit dem Rasterscanverfahren sichtbar. Jede Schicht wird in Punkte eingeteilt, dann wird die Schicht Punkt für Punkt mit dem Ionenstrahl abgescannt.
Foto: A. Zschau, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
Bild: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
Bild: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung