Intensitätsmodulierte Radiotherapie Heilen durch gezielten Beschuss

Bestrahlung kann Tumoren zerstören, aber auch gesunde Strukturen schwer schädigen. Je genauer sich der Strahl auf die Geschwulst fokussieren lässt, desto höher sind die Heilungschancen. Ein form-verändernder Multilamellen-Kollimator mit über hundert Motoren passt das Strahlenfeld der jeweiligen Tumorform an und schützt dadurch umgebendes, gesundes Gewebe.

Kopf- und Halstumoren konnten noch bis vor wenigen Jahren nicht wirklich sicher bestrahlt werden, ohne dabei das Risiko einzugehen, Organe wie Rückenmark oder Speicheldrüsen zu schädigen. Wenn sie ihre Patienten nicht dem Risiko von Lähmungen aussetzen oder sogar deren Tod riskieren wollten, waren behandelnde Ärzte bisher gezwungen, die Strahlungsdosen niedrig zu halten - oftmals zu niedrig, um Tumoren wirkungsvoll und umfassend zu zerstören.

So befanden sie sich in einem wirklichen Dilemma: Eine Strahlentherapie könnte den Krebs zwar heilen, aber gleichzeitig dem Patienten schweren Schaden zufügen; andererseits könnten niedrigere Strahlungsdosen möglicherweise nicht ausreichen, um das Tumorwachstum wirksam zu stoppen. Kliniken brauchen ein Gerät, das mit hoch entwickelter Technik einen effizienten, zuverlässigen Prozess zur Behandlung des Tumors ermöglicht, gleichzeitig aber nicht betroffenes, gesundes Gewebe ausspart.

Die eingesetzten Komponenten müssen in der Lage sein, in einem einzigen Behandlungsgerät zusammengefasst Strahlung in mehreren Modi abzugeben (segmental, dynamisch, als Kombination dieser beiden sowie als »konforme Bogenbestrahlung«). Daneben muss ein Computersystem imstande sein, anhand mehrerer Ansichten aus unterschiedlichen Blickwinkeln einen einzelnen Tumor als anatomisches Bild dreidimensional darzustellen. Auf Basis dieser Bilddaten sollen sich eine komplexe Bestrahlungstherapie detailliert planen und für die erforderlichen Steuerungssysteme entsprechende Anweisungen generieren lassen.

Präzise Ausrichtung auf den Tumor

Die Tumorbestrahlungstechnik von Varian Medical Systems ist darauf ausgelegt, die Strahlendosis dem Tumor gemäß zu »formen« und sich selbst auf kleinste und unregelmäßig ausgebildete Ziele präzise auszurichten. Diese Systeme sind in der Lage, lokale Überhitzungen (so genannte »Hot Spots«) zu minimieren, die Homogenität der Zieldosis zu optimieren und die abgegebene Dosis um kritische Stellen herum zu »modellieren«.

Mit diesen Systemen lassen sich auch in unmittelbarer Nähe von sensiblen Strukturen wie Sehnerv, Wirbelsäule, Drüsen oder anderen Organen befindliche Tumoren präzise und wiederholt bestrahlen. Trotz ihrer Komplexität können die hoch auflösenden Strahlenbehandlungen sehr zeitsparend durchgeführt werden. Die für konventionelle Röntgen-behandlungen normalerweise vorgesehenen Zeitfenster von 10 bis 15 Minuten reichen hierfür meist aus.

Durch die Automatisierung des Verfahrens und die Möglichkeit, Prozesse zu individualisieren, zu speichern und zu wiederholen, wird der Ablauf zusätzlich optimiert. Außerdem bietet Varian eine Software mit speziellen Tools für die Datenanalyse und die Erstellung von Berichten an.

Blenden formen den Strahl

Das neueste Gerät des Unternehmens zur Erzeugung ultrafeiner Strahlen für die Radiochirurgie, der »Multilamellen-Kollimator« (Multileaf Collimator, MLC) vom Typ »HD120 MLC«, besteht aus einem computergesteuerten Arrangement von bis zu 120 in zwei Reihen parallel angeordneten, individuell einstellbaren Wolfram-Lamellen, die den Weg des Röntgenstrahls fokussiert blockieren. Der Kollimator sitzt am Kopf des Linearbeschleunigers, der den Röntgenstrahl erzeugt.

Seine Lamellen lassen sich nach innen und außen bewegen, was einer formverstellbaren Blende gleichkommt, durch welche die Strahlung zum Tumor des Patienten geleitet wird. Über die gesamte Behandlungsdauer hinweg verändert das Gerät die Kontur dieser Blende dynamisch und passt sie automatisch der Form des Tumors sowie dem momentanen Eintrittswinkel des Strahls entsprechend an.

Die durch den MLC sehr präzise geformten, aus verschiedenen Winkeln abgegebenen Strahlen erlauben eine Strahlendosis, die örtlich sehr nahe in das dreidimensionale Volumen des Tumors abgegeben werden kann. Darüber hinaus ermöglicht der MLC eine intensitätsmodulierte Strahlentherapie (Intensity-Modulated Radiation Therapy, IMRT).

Hierbei wird mittels einstellbarer Lamellen der Röntgenstrahl geometrisch geformt und gleichzeitig dazu die Bestrahlungsintensität variiert, was es möglich macht, unterschiedliche Zonen im Tumor mit verschiedenen Dosen zu bestrahlen.

Mit dieser modulierten Strahlung lassen sich aggressivere Bereiche des Tumors mit erhöhter Dosis und Areale, in denen der Strahl nahe sensiblem, gesundem Gewebe liegt oder dieses durchdringt, mit entsprechend reduzierten Dosen behandeln. Vor Einführung des neuen Kollimators verfügte Varians höchstauflösendes Gerät über Multilamellen von 5 mm Breite.

Mit dem HD120 gelang es, die Lamellenbreite auf 2,5 mm zu reduzieren und somit die Präzision bei der Strahlformung um 100% zu steigern. An jeder Seite des Kollimators befindet sich ein 22 cm großer, mit 60 Lamellen ausgelegter Bereich - aufgeteilt in einen 8 cm großen zentralen Bereich von 32 Lamellen von 2,5 mm Breite, flankiert von zwei 7 cm großen äußeren Bereichen von jeweils 14 Lamellen von 5,0 mm Breite. Ausgelegt auf Langlebigkeit ist das Gerät für den Dauerbetrieb im harten Klinikalltag geeignet.

120 kleine, aber kräftige Motoren

Bei zu enger Platzierung können die Lamellen verklemmen, stehen sie zu weit auseinander, kann Leckstrahlung austreten.

Um dies zu verhindern, wurden die Lamellen in einem aufwändig konstruierten System angeordnet.

Die Bewegung der Lamellen übernehmen dabei 120 kompakt arrangierte Antriebe von Maxon Motor.

Vor allem deren geringe Baugröße erlaubte Varians Ingenieuren, die 120 Lamellen-Antriebe auf gerade einmal 40 cm x 40 cm Fläche unterzubringen. Dabei kommen Antriebe der Typen »RE 8«, »RE 10« und »RE 13« zum Einsatz.