IPN - PiKo: Strahlentherapie

mit freundlicher Genehmigung des Instituts für Mikrotechnik Mainz GmbH

Physik im Kontext

Medizin und Physik

Was sind Röntgenstrahlen?

Was passiert im Magnetresonanztomografen?

Strahlen für das Leben

Laser in der Medizin

Was ist Nuklearmedizin?

Wie erzeugt man Ultraschallbilder?

Strahlentherapie - Strahlen für das Leben

Einleitung:

1960 sind nach Zahlen des Statistischen Bundesamtes 17 Prozent der Deutschen an Krebs gestorben, 1996 waren es bereits 24 Prozent. Weil die Lebenserwartung der Deutschen noch steigt, wird angenommen, dass Krebs in 15 - 20 Jahren die Herz-Kreislauf-Krankheiten als häufigste Todesursache überholt haben wird. Jedes Jahr erkranken in Deutschland etwa 400.000 Menschen an einer lebensbedrohenden Form von Krebs, davon etwa 45 % werden als heilbar betrachtet. Dazu werden multimodale Behandlungskonzepte verwendet. Neben der Chirurgie und der Chemotherapie ist die Strahlentherapie allein oder unterstützend an der Heilung beinahe jedes zweiten Tumors beteiligt. Es gibt Schätzungen, dass durch Verbesserungen der Strahlenbehandlung im Jahr mindestens weiteren 10.000 Patienten geholfen werden kann.

Wirkungsmechanismus:

Die Strahlentherapie beruht auf der Beobachtung, dass schnell proliferierendes Gewebe, zu denen die Mehrzahl der Tumoren gehört, durch Strahlung ihre Zellteilungsfähigkeit schneller als das umgebende Normalgewebe verliert. Die Vermehrung von Tumorzellen soll so unterbunden werden und zur Vernichtung des Krebsgeschwürs unter weitgehender Schonung von gesunden Geweben und Organen führen. Dieses Ziel ist einfach zu erreichen, wenn die Tumorvernichtungsdosis kleiner als die Dosis ist, die zur Schädigung des gesunden Gewebes führt. Normalerweise ist das nicht der Fall. Um den sich aus der Differenz der Dosis-Wirkungsbeziehung für Tumoren und Nebenwirkungen erschließenden therapeutischen Gewinn zu erhöhen, wurden verschiedene Konzepte entwickelt. Es gibt einerseits den strahlenbiologischen Ansatz, mit dem man versucht, durch die Wahl von Fraktionierungsschemata (Gesamtdosis wird auf mehrere Tage verteilt), gleichzeitiger Gabe von Chemotherapeutika (Radiosensitizer, Radioprotektoren) und Hyperthermie (Überwärmung) den Tumor empfindlicher bzw. das gesunde Gewebe unempfindlicher gegenüber Strahlung zu machen. In einem zweiten Ansatz versucht man, die Tumormorphologie diagnostisch genau zu erfassen und eine möglichst enge dreidimensionale Konformierung der therapiewirksamen Isodosenfläche an das Tumorgebiet zu erreichen (Konformationstherapie).

Bildgebende Diagnostik:

Die neuen Entwicklungen in der Strahlenbehandlung begannen Anfang der achtziger Jahre mit der Einführung von dreidimensionalen diagnostischen Bildgebungsverfahren wie der Röntgencomputertomographie (CT), der Magnetresonanztomographie (MR), den Ultraschalluntersuchungen und nuklearmedizinischen Verfahren SPECT und PET. Der Onkologe kann damit die genaue Lage und Ausdehnung des bösartigen Tumors festlegen. Aufgabe des Medizinphysiker ist es dann für dieses sogenannte Zielvolumen einen Bestrahlungsplan auszuarbeiten. Gleichzeitig mit der Verbesserung der Diagnostik wurden auch die Planungssysteme von 2D- zu 3D-Systemen weiterentwickelt, die die Elektronendichteverteilung des Körpers aus den CT-Bildern des Patienten verwenden. Zur Lokalisation des Tumors und Festlegung des Planungszielvolumens sind oft auch noch MR und PET-Untersuchungen nützlich,.

Bestrahlungsgeräte:

Heute werden Tumoren meist mit Teilchenstrahlen aus einem Linearbeschleuniger von außen bestrahlt. Man nennt diese Verfahren Teletherapie im Gegensatz zur sogenannten Brachytherapie, bei der eine umschlossene radioaktive Quelle zur Bestrahlung in natürliche Körperöffnungen oder interstitiell eingeführt wird. 90% der Teletherapie-Bestrahlungen werden mit hochenergetischer Röntgen- bzw. Photonenstrahlung durchgeführt, da diese auch tiefliegende Tumore erreichen können. Die konformierende Bestrahlung zur hinreichenden Schonung des Normalgewebes kann an Linearbeschleunigern durch geeignete Wahl von Einstrahlrichtungen, Feldgrößen und individueller Feldform erreicht werden. Die momentan in vielen Universitätskliniken erfolgende Installation von Lamellenblenden-Systeme ermöglichen eine schnelle geometrische Feldformung.

Neben den ebenfalls verwendeten Elektronen werden in geringem Maße auch Neutronen, neuerdings auch Protonen und Schwerionen im Kampf gegen Krebs eingesetzt. Der erste klinische Protonenbeschleuniger in Europa wird zur Zeit in München errichtet. Zur effektiveren, aber auch aufwendigeren Konformations-Bestrahlung wurde 1988 von der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt das Schwerionentherapie-Forschungsprojekt thesion mit 12C im Patientenbetrieb begonnen und in Zukunft am Krebsforschungszentrum in Heidelberg fortgesetzt.

Bestrahlungsplanung:

Die Optimierung der Dosisverteilung in der physikalischen Therapieplanung ist bisher ein Trial-and-error-Verfahren. Das heißt einige der Intuition des Planers entspringende Planvarianten mit unterschiedlichen Feldvorgaben werden gerechnet und die so gewonnenen Isodosenverteilungen auf ihre Güte verglichen. Diese konventionelle Bestrahlungsplanung ist vorwärts gerichtet. Eine neue Perspektive für die optimierte 3D-Konformationstherapie bietet die Lösung des inversen Problems der Therapieplanung. Ausgehend von des aus verschiedenen bildgebenden Untersuchungsverfahren definierten 3D-Planungszielvolumens soll ein Optimierungsalgorithmus automatisch die optimalen Feldkonfigurationen finden. Die Mehrzahl der bisher veröffentlichten Algorithmen machen Gebrauch von mehr oder weniger groben Näherungen bei der Dosisbestimmung, um die iterative Berechnung des komplexen Optimierungsproblems zu beschleunigen. Mit herkömmlichen Bestrahlungstechniken können ausreichend hohe Strahlendosen im Tumor aufgrund der Nähe zu strahlenempfindlichen Risikoorganen oft nicht erreicht werden. Um eine höhere komplikationsfreie Heilungsrate zu erzielen, ermöglicht die inverse Planung die Einführung der Intensitätsmodulation der Strahlenfelder als neuen zu optimierenden Parameter. Die 3D-Dosisapplikation kann mit rechnergestützt gefrästen Dosismodulatoren oder mit einer automatischen Abfolge einer Serie von Einzelfeldern mit unterschiedlichen Einstellungen der Lamellenblende realisiert werden. Mit der intensitätsmodulierten Radiotherapie (IMRT) können Dosiseskalationen im Zielvolumen ohne Steigerung der Dosis in Risikoorganen durchgeführt werden und somit eine bessere Tumorkontrolle gewonnen werden. Dosiseskalationen zur Erzielung höherer Tumorheilungsraten werden in vielen Krebsforschungszentren untersucht.

Strahlentherapie - Focus online
Eine Seite Information mit Links zu anderen Therapieformen.

Strahlenmedizin, Beschleuniger
Information der medicine worldwide, die Google-Anzeigen in der rechten Spalte lenken allerdings meist vom Thema ab.

Prinzipien der modernen Strahlentherapie (Radioonkologie)
Interdisziplinäre Leitlinie der Deutschen Krebsgesellschaft auf AWMF online (ca. 20 Seiten)

Strahlentherapie
Skript der Uni Magdeburg ca. 37 Seiten m it vielen Bildern

Radiation Oncology Centennial
Geschichte und Entwicklung der Strahlentherapie in den letzten hundert Jahren