Forschung mit MRI Linac

Physikalisch sind wir daran interessiert, die MRI gestützte Therapie technisch weiterzuentwickeln. Dabei haben wir folgende 4 Forschungsschwerpunkte:

1. Entwicklung von MRI-Sequenzen zur Bildakquisition mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung vor und während der Bestrahlung mit dem Ziel Veränderungen in Anatomie und Biologie während der Radiotherapie zu erfassen und im Folgenden die Behandlung entsprechend dynamisch zu adaptieren.
2. Mathematisch-statistische Verarbeitung (Autosegmentierung, quantitative Bildanalyse) der MRI Bilder, quantitativer Vergleich mit der Ausgangssituation vor der Bestrahlung und Modellierung der therapeutischen Konsequenzen.
3. Automatisierte Anpassung des Bestrahlungsplans an die anatomischen und biologischen Veränderungen des Tumors, einschließlich Entwicklung von schnellen & robusten Qualitätssicherungsmaßnahmen.
4. Entwicklung von Regelungstechniken und Methoden zur dynamischen Anpassung der Radiotherapie in Echtzeit an Tumorbewegungen wie z.B. durch die Atmung und Herzschlag verursacht.

In allen Teilschritten besteht erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf, der hohe Expertise in verschiedensten mathematisch-naturwissenschaftlichen und ingenieur-wissenschaftlichen Gebieten sowie deren Translation in die klinische Forschung erfordert. Im wissenschaftlichen Umfeld von Zürich existieren an USZ, UZH und ETH zahlreiche Forschungsgruppen, die bereits erfolgreich ähnliche Themen bearbeiten und die ein hohes Interesse an gemeinsamen Forschungsprojekten auf dem Gebiet des MRI-Linac haben.

Das Medizinphysik Team hat einen Forschungsschwerpunkt im Gebiet der quantitativen Bildanalyse. In mehreren Projekten konnte gezeigt werden, dass Bildparameter prognostisch sind für das Ansprechen auf Radiochemotherapie oder auch zu biologischen Parametern wie dem HPV Status korrelieren. Der Vorteil des MRI-Linac ist, dass wir täglich MRI Bilder aufnehmen und die Veränderung der Bildparameter über die Zeit analysieren können.  Solche Analysen können wegweisend für die sogenannte Adaptive Radiotherapie sein, denn sie erlauben das Ansprechen des Tumors bzw. die Reaktion des umgebenden Normalgewebes frühzeitig zu erkennen um die Radiotherapie entsprechend anzupassen.

Konkret werde 3 Fragestellungen untersucht:

1. Korrelation von diagnostischen MR Bildparametern mit MR Linac Bildmarkern für verschiedene Gewebetypen.
2. Prospektive longitudinale Evaluierung von Bildparametern bei Kopf-Hals-Tumoren.
3. Analyse von Lungen-Gewebsveränderungen während der Strahlentherapie

MRI-geführten Radiotherapie wird unseren Patientinnen und Patienten von Beginn sowohl in klinischen Beobachtungsstudien als auch Interventionsstudien verfügbar gemacht werden. Die MRI-Technologie kommt ohne zusätzliche Strahlenbelastung aus und eignet sich deshalb ausgezeichnet zur „bildgeführte“ Adaption der Radiotherapie.

Schwerpunkte werden folgende 4 klinische Anwendungsgebiete sein:

1. Adaptive Re-Planung in der definitiven Radiochemotherapie von Kopf-Hals- und Lungentumoren
2. Echtzeit-MRI gesteuerte Ablation von ventrikulären Tachykardien in einer Bestrahlungssitzung (Radiochirurgie) bei Patientinnen und Patienten mit therapie-resistenten «electrical storms».
3. Tägliche MRI Bildgebung zur Beobachtung der Dosisdeposition im Normalgewebe und Modellierung von radiogener Normalgewebstoxizität
4. Die Weiterentwicklung des Konzepts der adaptiven Fraktionierung, bei der die Strahlendosis an Behandlungstagen erhöht an denen die Lage des Tumors relativ zu Risikoorganen besonders günstig ist.

Die angewandte klinische Forschung wird in enger Kooperation mit unseren klinischen Partnerschaften am USZ geplant: u.a. Onkologie, Neurologie, Pathologie, Radiologie, Nuklearmedizin. Zusätzlich werden wir die klinische Forschung international vernetzen und streben gemeinsame Protokolle unter Nutzung der MRI-Linac Technologie an.