In der Radiobiologie von Protonenstrahlen und anderen Teilchenstrahlen gibt es viele Unbekannte. Wir beschreiben die Entwicklung und Erprobung eines bildgesteuerten Niederenergie-Protonensystems, das für radiobiologische Forschungsanwendungen optimiert ist. Ein 50-MeV-Protonenstrahl aus einem vorhandenen Zyklotron wurde modifiziert, um kollimierte Strahlen (mit einem Durchmesser von nur 2 mm) zu erzeugen. Ionisationskammer- und radiochrome Filmmessungen wurden durchgeführt und mit Monte-Carlo-Simulationen (TOPAS) verglichen. Der Protonenstrahl wurde mit einem kommerziell erhältlichen bildgeführten CT-Röntgenbestrahlungsgerät (SARRP, Xstrahl Inc.). Um die alternative Möglichkeit der Anpassung eines klinischen Protonentherapiesystems zu untersuchen, führten wir Monte-Carlo-Simulationen eines bereichsverschobenen klinischen 100-MeV-Strahls durch. Der Protonenstrahl zeigt einen makellosen Bragg-Peak in einer Tiefe von 21 mm in Wasser mit einer Dosisleistung von 8.4 Gy min-1 (3 mm Tiefe). Die Energie des einfallenden Strahls kann auf niedrigere Energien moduliert werden, während der Bragg-Peak erhalten bleibt. Der LET betrug: 2.0 keV µm-1 (Wasseroberfläche), 16 keV µm-1 (Bragg-Peak), 27 keV µm-1 (10 % Spitzendosis). Die Ausrichtung des Protonenstrahls mit dem Isozentrum des SARRP-Systems wurde mit einer Übereinstimmung von 0.24 mm gemessen. Die Breite des Balkens ändert sich mit der Tiefe kaum. Monte-Carlo-basierte Dosisberechnungen unter Verwendung des CT-Bilddatensatzes als Eingabe belegen den Einsatz in vivo. Monte-Carlo-Simulationen des modulierten klinischen 100-MeV-Protonenstrahls zeigen einen deutlich reduzierten Bragg-Peak. Wir demonstrieren die Machbarkeit eines Protonenstrahls, der in ein kommerzielles Röntgenbildführungssystem für präklinische In-vivo-Studien integriert ist. Nach unserem Kenntnisstand ist dies die erste Beschreibung eines experimentellen bildgeführten Protonenstrahls für die präklinische radiobiologische Forschung. Es wird In-vivo-Untersuchungen radiobiologischer Effekte in Protonenstrahlen ermöglichen.
Ford E, Emery R, Huff D, Narayanan M, Schwartz J, Cao N, Meyer J, Rengan R, Zeng J, Sandison G, Laramore G, Mayr N.
