Measurements of Radiation Dose outside the Treatment Volume in Radiation Therapy with Photons, Protons and Ions

Måling av stråledoser utanfor målvolum i stråleterapiHovudmålet med prosjektet er å undersøke dose stråleterapipasientar mottek til frisk vev ved strålebehandling med foton, proton og karbonion.Sidan starten av prosjektet 1. mars 2010 har ei rekke ulike målingar av stråledoser og testar av detektorar blitt gjennomført, både ved stråleterapimaskiner på Haukeland og ved partikkelterapianlegg i Sverige og Tyskland. I første del av prosjektet var det viktig å få god kunnskap om detektorar og utstyr, og derfor har testing av detektorar vore sentralt i første halvdel av doktorgraden. Testar har mellom anna blitt gjennomført ved PTB Braunschweig (tysk forskingslaboratorie), Oslo syklotronlab, Institutt for Energiteknikk (IFE) på Kjeller, Svedberglaboratoriet i Uppsala og Haukeland sjukehus. Resultatet frå desse testane gir oss mulighet til å tolke måleresultat i eksperimenta som har blitt gjennomført i siste halvdel av doktorgraden. Desse siste eksperimenta har som mål å kartlegge stråledose i dei såkalla lavdoseområda, altså områder med friskt vev som ligger utanfor målvolumet (svulsten) som vi ønsker å bestråle. I løpet av 2011 og 2012 har eksperimentelle målingar av nøytrondose til lavdoseområder blitt gjennomført både i stråleterapi med foton (Haukeland), proton (Uppsala) og karbon (Darmstadt, Tyskland). I tillegg har det også blitt gjennomført såkalla Monte Carlo simuleringar, som er datasimuleringar av dei eksperimentelle målingane. Dette er med på å gi ein djupare forståelse for korleis doseavsettinga i friskt vev skjer, og er med på å bekrefte om våre eksperimentelle målingar er riktige. Dei foreløpige resultata viser at ved fotonterapi er nøytrondosen sterkt avhengig av dybde i pasienten, og lite avhengig av den laterale avstanden til målvolumet. Dette står i kontrast til resultata frå proton- og karbonterapi der nøytrondosen ser ut til å vere lite avhengig av dybde i pasienten, men derimot avhengig av lateral distanse frå behandlingsstrålen. Dette kan ha betydning ved risikovurderingar av sekundærkreft og andre seine biverknadar.

Måling av stråledoser utanfor målvolumet i strålebehandlingHovudmålet med dette prosjektet er å samanlikne stråledoser frisk vev mottek ved strålebehandling med fotonstråling, protonstråling og karbonstråling. Dei to sistnemnte vert gjerne kalla partikkelterapi. Spesielt studerer vi dose fra nøytroner som er sekundærstråling som bl.a. kan føre til stråleindusert kreft.Fotonstråling er den type strålebehandling som blir nytta i Norge i dag, medan partikkelterapi, som ikkje er tilgjengeleg i Norge,blir nytta i langt mindre skala på verdensbasis. Hovudgrunnen til dette er begrensa tilgang til denne type behandlingssenter. Partikkelterapi vert rekna som eit nytt verktøy i kreftbehandling med stort utviklingspotensiale, men som ofte vil bli nytta i kombinasjon med andre meir tradisjonelle behandlingsformer. Eit viktig framsteg i prosjektet i løp av 2011 er at Monte Carlo datasimuleringar har blitt tatt i bruk. Monte Carlo programmet Fluka gjer det mulig å bekrefte dei funna vi gjer gjennom målingar og gir stor fleksibilitet med tanke på undersøking av dei grunnleggande fysiske mekanismane som resulterer i at enkelte typar strålebehandling gir høgare dose til friskt vev enn andre. Blant anna har ein lineærakselrator nytta til strålebehandling ved HUS blitt modellert slik at vi no kan studere korleis sekundærstråling oppstår og blir avsett i kroppen. Monte Carlo simuleringar av partikkelterapi er også eit viktig tema, og vil gi eit grunnlag for teoretisk samanlikning av fotonterapi og partikkelterapi. Likevel har vi stort fokus på eksperimentelle målingar og gjennomførte 2 eksperiment ved GSI (karbonstrålesenter) i Tyskland i løp av 2011. I tillegg blei detektortesting gjennomført ved kjernereaktoren ved IFE på Kjeller. Og eit meget nyttig opphold ved PSI protonsenter i Sveits gav god innsikt i både den kliniske kvardagen og dei tekniske løysingane knytta til protonterapi. Det er for tidleg å trekke konklusjonar angåande målingane og samanlikningar mellom foton og partikkelterapi, men saman med planlagte målingar og simuleringar som skal gjennomførast i 2012 skal det vere mogleg å få eit godt bilde av fordelar og ulempar med dei ulike behandlingsformene med tanke på stråledoser til friskt vev.

Måling av stråledoser utanfor målvolumet i strålebehandlingProsjektet skal kartlegge stråledoser frå nøytron som kreftpasientar mottek under strålebehandling med foton, proton og karbon ion, og i tillegg auke kunnskapen kring nye behandlingsalternativ som proton- og karbonterapi som per i dag ikkje er tilgjengelege i Norge. Nøytronstråling er rekna for å kunne auke risikoen for stråleindusert kreft.Sidan starten av prosjektet 1. mars 2010 har ei rekke ulike målingar av stråledoser og testar av detektorar blitt gjennomført. I tillegg har planlegging av forskingsopphald i utlandet vore ei viktig arbeidsoppgåve. I første del av prosjektet er det viktig å få god kunnskap om detektorar og utstyret som skal nyttast for å måle stråledoser. Derfor har testing av detektorar vore sentralt. Ved PTB Braunschweig (tysk forskingslaboratorium) i juni vart to typar nøytrondetektorar testa: BDT bobledetektorar og S-RAM detektorar. Sistnemnte er utvikla av mine kollegaar på institutt for fysikk og teknologi ved UiB. Ein av konklusjonane herfra var at bobledetektorane for måling av termiske nøytron (nøytron med lav energi) kan nyttast sjølv om relativt mange høgenergetiske nøytron er tilstades. Når det gjelder bruk av bobledetektorane har ein tett dialog med våre samarbeidspartnarar ved GSI (forskingssenter i Tyskland) vore viktig, og vidare samarbeid her er sentralt for å forbetre våre målemetodar og kunnskap om desse detektorane. I tillegg er samarbeid med ei forskingsgruppe i Italia som har meir erfaring med slike målingar planlagt. I eit samarbeid med GSI har fotondose i dei såkalla lavdoseområda blitt kartlagt i 2010. Dette er gjort ved målingar med silisiumdetektorar ved lineærakselratorane på Haukeland sjukehus. Dette er interessant å undersøke, blant anna for å kunne samanlikne fotondosen med nøytrondoser i same områder. På Haukeland Sjukehus jobbar vi kontinuerleg med å forbetre målemetodar og å auke kunnskapen om måleprosessen. Sentralt her har vore målingar både i PET-syklotronbunkeren og ved strålebehandlingsmaskinene. I november 2010 blei målingar med S-RAM detektorar og bobledetektorar i protonstrålen frå syklotronen ved UiO gjennomført. I samarbeid med IFE (institutt for energiteknikk) er det også planlagt å reise til kjernereaktoren på Kjeller våren 2011 for å gjennomføre nye testar av nøytrondetektorar. Etter kvart som detektorane har blitt tilstrekkeleg testa og kalibrert kan fokuset flyttast over til å måle nøytrondosar frå realistiske behandlingsplanar for strålebehandling. I tillegg står det sentralt å kontinuerleg følge med på utviklinga innan partikkelterapi og å lese publikasjonar av kliniske resultat og teknologiske framsteg. Utviklinga her skjer raskt, og nye behandlingssenter er stadig under planlegging.