Photo: Mikal Schlosser

Bedre kræftbehandling med udstyr i topklasse

fredag 19 sep 14

Kontakt

Claus E. Andersen
Sektionsleder
DTU Nutech
46 77 49 12

Ioniserende stråling

Ioniserende stråling kan skabes i en accelerator, der sætter elektroner i kraftig bevægelse, eller den kan komme direkte fra en radioaktiv isotop som kobolt-60, der udsender gammastråler, når den henfalder. Strålingen fra kobolt-60 har en veldefineret energi, mens strålingen fra acceleratoren kan varieres.

Fordelen ved acceleratoren er blandt andet, at den kan tændes og slukkes og dermed ikke kan bruges til eventuelle terrorformål. Til gengæld er den sværere at kalibrere, og afbøjningen af elektronerne skal være uhyre præcis, for at man kan være sikker på kun at ramme kræftknuden og ikke omliggende væv og organer.

Med en stor bevilling fra The John & Birthe Meyer Foundation til stråleterapiudstyr på DTU er grunden lagt til nye landvindinger, der kan hjælpe til at forbedre strålebehandlingen af kræft.

Kræft kan behandles – og i mange tilfælde kureres – med strålebehandling. Man sender kraftige røntgenstråler mod kræftknuden og ødelægger dermed cellernes arvemasse, hvilket normalt fører til, at de går til grunde. Strålerne er altså i deres natur dødsensfarlige, ikke kun for kræftknuden, men også for det raske væv, de møder på deres vej. Derfor er præcision et nøgleord, når man skal planlægge og udføre moderne stråleterapi. Det gælder både om at ramme kræftknuden præcist og om at give præcis den dosis, der skal til for at slå tumoren ihjel, hverken mere eller mindre.

For at kunne bestemme den præcise dosis i et givet tilfælde skal man først og fremmest have en detaljeret karakterisering og kalibrering af selve stråleapparatet, og derudover er det vigtigt at have et fuldstændigt billede af patienten og placeringen af vedkommendes tumor. Det fremstilles på baggrund af data fra CT- og MR-skanninger, som viser, hvordan strålingen afsætter sin energi.

De nyeste udviklinger af skannings- og strålingsudstyr giver muligheder for stadig mere komplekse behandlinger. Men førend nye behandlinger kan tages i brug og tilbydes patienterne, er der behov for omfattende målinger, der dokumenterer, at behandlingerne kan udføres med stor sikkerhed. Problemet er, at dosimetrien (målingen af ioniserende stråling) og metoderne til at foretage sådanne målinger i det kliniske miljø ikke helt er fulgt med den teknologiske udvikling. Derfor er der behov for nye, forbedrede målemetoder.

Med en donation fra The John & Birthe Meyer Foundation på næsten 19 millioner kroner har DTU Nutech kunnet indkøbe en accelerator svarende til de bedste på hospitalerne og et kobolt-60-referenceanlæg med tilhørende elektronik af bedste kvalitet.

”Det giver os en helt unik mulighed for at øge vores viden om dosismåling, og vi stiler efter at blive et nationalt kompetencecenter på området. Overordnet ønsker vi at bidrage til, at hospitalerne kan tilbyde patienterne den bedst mulige og mest moderne stråleterapi,” siger seniorforsker Claus Andersen, der er arkitekten bag det nyindrettede laboratorium på DTU Risø Campus.

Fra kødkonservering til cancerterapi
Bag en tyk beskyttelsesdør og et sindrigt system af alarmer – i et rum, hvor 21.000 kubikmeter luft udskiftes hver time, og temperaturen derfor kan holdes tæt på 100 procent stabil – står den nye Varian TrueBeam-elektronaccelerator; en topmoderne strålekanon.

Det er ikke den første accelerator på stedet, for allerede fra Atomenergikommissionens Forsøgsanlæg Risøs start i 1958 blev der investeret i strålingsudstyr, så man kunne eksperimentere med konservering af kød og andre levnedsmidler. Man havde opdaget, at ioniserende stråling var i stand til at dræbe bakterier, og den metode var blandt andet Slagteriernes Forskningsinstitut interesseret i at udforske i samarbejde med Risø. Strålekonserveringsteknologien blev dog hurtigt overhalet af den efterhånden let tilgængelige konserveringsmetode frysning, men acceleratoren var i mange år centrum for forskning og omfattende kommerciel sterilisering af engangsprodukter til medicinsk brug, ligesom den blev brugt til kemisk grundforskning.

En vigtig del af forskningen omkring acceleratoren handlede om at udvikle nye metoder til at bestemme den dosis, et emne modtog, når det blev bestrålet. Det er den viden, der er ført videre ind på det medicinske område, og Claus Andersen og andre forskere i DTU Nutech har de seneste 10 år haft et omfattende samarbejde med læger og hospitalsfysikere om både metoder og udstyr til dosimetri.

Og takket være The John & Birthe Meyer Foundations store bevilling vil forskerne nu kunne bidrage med afgørende resultater, der kan forbedre hospitalernes stråleterapibehandling.

Ud over acceleratoren har DTU fået en kobolt-kilde. Isotopen kobolt-60 udsender altid samme mængde energi, derfor kalibrerer man normalt sine dosis-måleinstrumenter, kaldet ionkamre, i et kobolt-60-anlæg. Men derefter følger der et stort regnearbejde for at finde ud af, hvordan man overfører målingen til den acceleratorstråle, man bruger på det enkelte hospital.

"Det nye udstyr vil være en vigtig reference, når vi skal udvikle partikelstrålingsudstyr."
Cai Grau, professor, dr.med., Aarhus Universitetshospital

”Nu har DTU både kobolt-kilde og accelerator og i det hele taget perfekte betingelser for at nå frem til at kalibrere direkte i acceleratorstrålen, hvilket vil give en meget mere præcis viden om stråledosis ved en aktuel behandling,” siger Claus Andersen.

Ambitiøse mål
Grundlaget for al måleteknik er, at man har primærstandarder, som er internationalt anerkendte. Dette arbejde koordineres af et internationalt standardlaboratorium i Paris. Ambitionen er, at DTU skal bidrage til dette arbejde og udvikle en egen primærstandard for stråle-dosimetri.

”Vores tidsplan er, at både koboltkilden og acceleratoren skal være akkrediteret inden for to år, idet vi vil hente sporbarhed fra et udenlandsk standardlaboratorium. Og om højst fem år håber vi, at vi kan blive anerkendt som primært standardlaboratorium. Det er et ambitiøst, men ikke urealistisk mål, og det er meget motiverende for os,” siger Claus Andersen, der er en af fire forskere fast tilknyttet laboratoriet.

”DTU har nu et dosimetri-laboratorium, som der ikke findes magen til i Norden, og som kun ganske få lande i verden kan matche, så vi føler en stor forpligtelse til at få det absolut maksimale ud af det.”

Samarbejde og undervisning
Brian Holch Kristensen, der er cheffysiker i Stråleterapien, Onkologisk Afdeling R, Herlev Hospital, er ikke i tvivl om værdien af det nye laboratorium:

”Det ionkammer, vi bruger til at måle dosis, skal selvfølgelig være meget præcist kalibreret, og normalt ville jeg sende mit instrument til et laboratorium i udlandet, hvor de har en primærstandard at måle det op imod. Det giver mig dog ikke fuld sikkerhed for, at netop den – meget komplekse – plan, jeg har lagt for en bestemt patient, vil have det ønskede resultat på hele tumoren. Patienten har måske en tumor placeret som en hestesko rundt om rygmarven, og her er det jo ekstremt vigtigt ikke at ramme rygmarven. I fremtiden vil jeg forhåbentlig kunne tage udvalgte strålingsplaner med ud i det nye laboratorium på DTU og få en nøjagtig kalibrering, ikke bare af ét punkt, men af hele planen i tre dimensioner. Det er simpelthen guld værd,” siger han.

Siden det åbnede i maj, har flere hold hospitalsfysikere allerede været forbi laboratoriet for at få den nyeste viden inden for strålingsfysik og dosimetri, og undervisningen vil også blive tilbudt internationalt, ligesom der naturligvis løbende vil være tilknyttet et antal ph.d.-studerende.

Det nye udstyr er også straks taget i brug i forbindelse med kliniske projekter i samarbejde med danske hospitaler. For eksempel arbejdes der på et projekt med Herlev Hospital, som går ud på at forbedre strålebehandlingen af lungekræft. Her ligger der meget komplicerede beregninger til grund for stråleplanerne, som både skal tage hensyn til, at hjertet ikke rammes, og samtidig korrigere for lungernes bevægelse under behandlingen.

På Aarhus Universitetshospital er man ved at bygge et anlæg for partikelterapi, hvor man giver en høj stråledosis i et mindre og mere veldefineret område. Som man kan forestille sig, er det mere skånsomt for det raske væv, hvis man vel at mærke rammer fuldstændig præcist.

”Her vil det altså være endnu vigtigere at sikre kvaliteten af stråleplanen, og det ser vi i høj grad frem til at samarbejde med DTU-forskerne om. Det nye udstyr på DTU vil være en vigtig reference, når vi skal udvikle partikelstrålingsudstyret,” siger en af hovedpersonerne bag partikelcenteret, professor, dr.med. Cai Grau fra Onkologisk Afdeling på Aarhus Universitetshospital, og han tilføjer:

”Claus Andersens gruppe er helt i front med banebrydende forskning inden for dosimetrien. De har for eksempel været med til at udvikle de såkaldte in vivo-dosimetre, der måler dosis inde i patientens krop, altså netop der, hvor man får mest præcis besked om, hvad strålingen gør. Det samarbejde glæder vi os til at fortsætte, nu med endnu bedre teknologiske forudsætninger i det nye laboratorium.”

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.
http://www.nutech.dtu.dk/nyheder/Nyhed?id=%7B3E14D221-66F3-4024-98F1-9FECA9FFECF5%7D
17 OKTOBER 2017