Medizin & Technik

Elekta: High-Tec Strahlentherapie

09.07.2012 -

Elekta: High-Tec Strahlentherapie. Von 100 Krebspatienten verdankt immerhin fast die Hälfte ihre Heilung der Strahlentherapie, entweder allein oder in Kombination mit Chirurgie oder/und Medikamententherapie. Drei Gründe sind für den zu beobachtenden Aufwärtstrend der Strahlentherapie ausschlaggebend: Die Alterspyramide, die langsam greifenden Krebsvorsorgeprogramme und die technischen Innovationen.

Die physikalisch-technische Entwicklung der Strahlentherapie ist geprägt von der Utopie, alle Dosis in den Tumor, keine Dosis außerhalb des Tumors. Physik und Technik liefern Antworten auf die hierzu entscheidenden Fragen, wo liegt der Tumor und wie wird der Tumor bestrahlt.

Bildgebung in der Strahlentherapie

Die zuverlässige Darstellung des Tumors und seiner Ausbreitung sowie der gesamten Bestrahlungsregion ist Voraussetzung jeder Strahlentherapie. Standardmäßig wird hierfür heute die Computertomografie (CT) eingesetzt, deren Stärke in der hoch aufgelösten anatomischen Bildgebung liegt. Dieses dreidimensionale Patientenbild ist Ausgangspunkt für die individuelle Bestrahlungsplanung. Das röntgenographische Schattenbild verrät aber nur die Ausdehnung und Lage des Tumors, jedoch nicht dessen biologische Eigenschaften. Deshalb nutzt man ergänzend zur CT in jüngster Zeit zunehmend nuklearmedizinische Bildgebungsverfahren (PET oder SPECT) und Kernspintomographie (MR) zur Charakterisierung des Tumors.

Mit Hilfe hochspezifischer Biomarker lassen sich innerhalb des Tumors Areale mit Zellen hoher bzw. geringerer Strahlenresistenz abgrenzen, eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz neuer Methoden der biologisch adaptierten Strahlentherapie (BART), wo die Dosisverteilung dem biologischen Profil des Tumors angepasst wird. Die hochsensitive PET-Bildgebung, mit der sich schon geringste molekulare Veränderungen von Zellen und ihrer Umgebung detektieren lassen, verbessert natürlich auch die Zuverlässigkeit der Abgrenzung des Tumors gegenüber der CT-Bildgebung. Schließlich gewinnt gerade die biologische Bildgebung zunehmend Bedeutung in der Verlaufskontrolle und Überwachung des Therapieergebnisses. Da die verschiedenen morphologischen und biologischen Bildgebungsverfahren eher synergistisch als alternativ zu sehen sind, setzen sich immer stärker kombinierte PET-CT Geräte für onkologische Fragestellungen durch, in denen hohe Auflösung (CT) und hohe Sensitivität (PET) in fusionierten Bilddatensätzen zusammengeführt werden. Noch in Entwicklung sind PET-MR Hybridgeräte.

Bestrahlungsgeräte

Moderne Bestrahlungsgeräte profitieren in erster Linie von Technologien der computerkontrollierten Prozesssteuerung, Mikrosystemtechnik und neuen Werkstoffen. Die „Arbeitspferde“ der Strahlentherapie sind Elektronenlinearbeschleuniger, die Elektronen- und die überwiegend genutzte Röntgenstrahlung im Energiebereich von etwa 5-20 MeV, erzeugen. Ihre Konstruktion orientiert sich seit jeher an zwei strahlentherapeutischen Grundprinzipien: Zum einen an der Forderung nach Dosismaximierung innerhalb und Dosisminimierung außerhalb des Tumors, zum anderen an der Forderung nach fraktionierter Bestrahlung, in den meisten Fällen auf Grund der dosisabhängigen Erholungsfähigkeit des gesunden Gewebes. Ersteres führt zur besonderen Form der Strahlenfeldeinblendung mit Lamellenkollimatoren (MLC). Hier bestehen die Blenden aus bis zu 80 einzeln ansteuerbaren Lamellenpaaren. Je nach Gerätetyp haben die Lamellen eine Breite von 3-10mm. Gegenüber den früheren Blockblenden lassen sich die MLC-Felder beliebig an die Form des Zielvolumens anpassen und blenden damit weitgehend die gesunde Tumorumgebung aus.

Die Einstellung der Lamellen erfolgt rechnergesteuert. Fraktionierte Bestrahlung heißt wiederholte Bestrahlung des Patienten in exakt gleicher Weise. Technisch stellt sie daher höchste Anforderung an die Präzision einer Bestrahlungsanlage. Die schließt nicht nur die submillimetergenaue Einstellung der mechanischen Stellgrößen eines Beschleunigers wie MLC, Einstrahlrichtung, Drehung des MLC, sondern auch die exakt reproduzierbare Lagerung des Patienten. Um größtmögliche Flexibilität der Einstellung des Patienten am Bestrahlungsgerät zu erlauben, gibt es seit neuem Spezialtische mit sechs Freiheitsgraden. Zur Justierung des Patienten stehen optische Systeme, Strich- und Punktlaser zur Verfügung. Da aber nicht die reproduzierbare Einstellung von Hautmarkierungen des Patienten, sondern des von außen meist nicht erkennbaren Zielvolumens gefordert ist, haben Beschleuniger der neuen Generation bildgebende Systeme, im Idealfall einen CT integriert (Abb.1). Die Bestrahlung lässt sich also bildgesteuert durchführen (IGRT). Diese Technik erlaubt letztlich eine exzellente, sichere Anpassung der Strahlenfelder an den Tumor, und sorgt durch Ausblendung gesunder Gewebeanteile für eine effiziente, nebenwirkungsarme Strahlenbehandlung.

Neue Geräte in der klinischen Erprobung

In jüngster Zeit werden viele neue Geräteentwicklungen klinisch erprobt. Dazu gehört die Tomographie, ein Bestrahlungsgerät mit einem rotierenden kleinen Beschleuniger, bei dem der Patient ähnlich wie in einer CT-Untersuchung exponiert wird. Auch hier ist eine Bildgebung integriert. Unstrittig ist bislang nur der durch die Integration von Bildgebung, Planung und Qualitätssicherung besonders günstige Workflow bei allerdings noch beschränkter Behandlungskapazität. Ein weiterer Gerätetyp (Cyberknife, Fa. Accuray) setzt Robotertechnologie ein. Allerdings sind hier die Bestrahlungszeiten so lang, dass eine fraktionierte Behandlung kaum durchführbar ist. Ferner ist die Durchlassstrahlung und damit die Strahlenexposition des Patienten im Vergleich zum bestehenden Arsenal (z.B. Leksell Gammaknife, Fa.Elekta) sehr hoch. Schließlich steht am Horizont eine ganz neue Klasse von Bestrahlungsgeräten, die eine Therapie mit Protonen (pRT) oder Ionen (IRT) ermöglicht.

Während Protonen auf Grund der erheblich günstigeren Dosisverteilung sicher eine exzellente Ergänzung zur konventionellen Strahlentherapie darstellen, vor allem wo Schonung des gesunden Gewebes ganz besonders indiziert ist, etwa bei kindlichen Tumoren, wird der Einsatz von Ionenstrahlung, z.B. Kohlenstoffionen, reinen Forschungsinstitutionen vorbehalten bleiben müssen. Denn im Gegensatz zu Protonen, die sich in Gewebe biologisch sehr ähnlich wie die Elektronen- und Röntgenstrahlung verhalten, verlässt man bei Ionenstrahlung mit ihrer unbekannten biologischen Wirksamkeit doch weitgehend das sichere Fundament klinischer Erfahrung.

Optimierung der Bestrahlungsmethode

Die apparativen Möglichkeiten und das Potential moderner Bildgebungsverfahren könnten nicht genutzt werden, wenn nicht Computersimulationen individuell für jeden Patienten eine zuverlässige, genaue Bestrahlungsplanung ermöglichen würden. In diesem Bereich wurden über Jahrzehnte Fortschritte erreicht, die sich heute hinter Schlagworten wie konformierender (CRT), intensitätsmodulierter (IMRT) und biologische adaptierter (BART) Strahlentherapie verbergen. Angesichts der Komplexität des physikalischen Optimierungsproblems mit oft nur unzureichend in Algorithmen zu fassenden biologischen und klinischen Randbedingungen ist es kein Wunder, dass dieser Teil moderner Strahlentherapie noch am wenigsten Marktreife erreicht hat.

Ausblick

Klinische, wissenschaftliche und gesundheitsökonomische Aspekte sichern der Strahlentherapie künftig eine wachsende Rolle in der Krebstherapie. Sie motivieren zusammen mit neuen Technologien den apparativen Fortschritt dieses Fachs. Eine kritische und forschungsintensive Begleitung dieser Innovationen ist aber unerlässlich, wenn die optimale Versorgung des Krebspatienten Vorrang haben soll.

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