Technik & Strahlenarten

Es gibt verschiedene Strahlenarten die in der Radio-Onkologie ihren Einsatz finden. Strahlung kann beim Zerfall radioaktiver Elemente entstehen, wird für medizinische Zwecke jedoch zumeist über Teilchenbeschleuniger erzeugt.

Photonen

Photonen: Die am häufigsten eingesetzte Strahlung ist hochenergetische elektromagnetische Strahlung. Sie kann beim Zerfall von radioaktiven Elementen auftreten oder mittels eines Elektronenbeschleunigers erzeugt werden. Dann wird sie auch als ultraharte Röntgenbremsstrahlung bezeichnet.

Elektronen

Elektronen (=Betastrahlung): Elektronenstrahlung kann nicht weit ins Gewebe eindringen und wird daher besonders bei oberflächlichen Tumoren verwendet.

Die Wahl der Strahlenart, der Energie der Strahlung und der angewendeten Technik hängt von Art, Lage und Ausdehnung des Tumors ab.

Neben unterschiedlichen Strahlenarten gibt es unterschiedliche Techniken diese einzusetzen. Übergeordnet lassen sich Perkutane Strahlentherapie (von aussen, durch die Haut) und Brachytherapie (griech. brachys = kurz) unterscheiden.

Perkutane Bestrahlung

Die perkutane Bestrahlung ist die häufigste Radiotherapie-Technik. Dabei wird der im Körper liegende Tumor von aussen durch Strahlung punktgenau anvisiert. Die Strahlung wird von einem Linearbeschleuniger künstlich erzeugt. Der Linearbeschleuniger besitzt keine radioaktive Quelle. Das heisst, dass er keine Strahlung abgibt, wenn er nicht eingeschaltet ist. Die Strahlung wird erzeugt, indem Elektronen in einem Beschleunigungsrohr auf die gewünschte Energie beschleunigt werden. Wird mit Photonen bestrahlt, so werden die Elektronen auf eine Metallplatte (Target) gelenkt, wo in einer physikalischen Reaktion Photonen erzeugt werden. Die Strahlung (Photonen oder Elektronen) wird dann auf den Tumor des Patienten gelenkt und appliziert. Unsere Linearbeschleuniger erzeugen Photonen der Energien 6 und 18 MV sowie Elektronen der Energien 6, 9, 12, 16 und 20 MeV. Photonen und Elektronen haben verschiedene Strahlcharakeristiken und werden je nach Lage des Tumors eingesetzt. Die Bestrahlung unterliegt höchsten Sicherheitsanforderungen. Die 4 in der Radioonkologie stehenden Linearbeschleuniger werden täglich geprüft. Zusätzlich gewährleisten eine ganze Reihe von Sicherheitsschwellen (Interlocks), dass die Bestrahlung des Patienten korrekt abläuft. Um die Sicherheit der Patienten und des Personals zu gewährleisten, müssen Ausfallzeiten für Service, Reparaturen und grössere Kontrollen in Kauf genommen werden.

IMRT & VMAT

IMRT steht für Intensity Modulated Radiotherapie. Bei der normalen perkutanen Therapie werden die Strahlfelder durch die Blenden, die Multi Leaf Collimatoren (MLC) begrenzt. Die Strahlung ist innerhalb dieser Begrenzungen homogen. Der menschliche Körper ist aber nicht homogen. Er besteht aus Körperteilen unterschiedlicher Dichte (z.B. Knochen und Lunge), die mehr oder weniger Dosis absorbieren. Ferner ist die Eintrittsfläche der Strahlung nicht immer flach, so dass die Eindringtiefe für die Strahlung innerhalb eines Bestrahlungsfeldes unterschiedlich sein kann. Das heisst also, dass man an definierten Teilen eines Feldes mehr oder weniger Strahlung abgeben will, um im Zielvolumen eine homogene Dosisverteilung zu erhalten. Genau dies ist mit IMRT möglich. Vereinfacht gesagt wird das Bestrahlungsfeld aufgeteilt in kleine Segmente. Das Planungssytem errechnet, wieviele Monitoreinheiten im jeweiligen Segment abgegeben werden müssen, um die vorgeschriebene Dosis im Zielvolumen zu erhalten.

Klassischer Weise wurden früher Strahlenfelder aus 5-7 unterschiedlichen Richtungen appliziert.  Heutzutage kann man während der Bewegung des Bestrahlungsgerätes so zusagen aus allen Richtungen unterschiedliche stark bestrahlen. Diese bei uns standardmässige Technik namens VMAT (Volumen Intensitätsmodulierte Arc Therapie) oder auch Rapid Arc verkürzt die Behandlungszeit und ermöglicht eine bessere Dosisverteilung.

Stereotaxie

Mit dem Stereotaxiezentrum können wir auf eine grosse Expertise mit reichhaltigen Erfahrungen in diesem Bereich bauen. Stereotaktische Radiotherapie ist die extrem zielgenaue Bestrahlung kleiner Volumina mit hohen Dosen in einer (Radiochirurgie) oder nur wenigen Sitzungen (fraktionierte stereotaktische Bestrahlung).

Bei einer kleinvolumigen Bestrahlung mit kleinem Sicherheitsabstand um das Zielvolumen ist die präzise Patientenlagerung Voraussetzung. Dies ermöglicht die genaueste Abgabe der Dosis im Zielvolumen unter gleichzeitiger, bestmöglicher Schonung des umliegenden Gewebes.

Protonentherapie

Bei der Behandlung mit schnellen Protonenteilchen lässt sich das Gewebe um den Tumor bei bestimmten Tumorarten noch besser schonen als mittels modernster Photonentherapie. Bei manchen, jedoch nicht bei allen Patienten, kann die Protonentherapie daher ein Vorteil im Vergleich zu einer herkömmlichen Bestrahlung mit hochenergetischer Röntgenstrahlung sein. Prädestiniert sind hierfür kindliche Hirntumoren, Tumoren am Auge sowie seltene Tumoren der Schädelbasis oder der Wirbelsäule. Um unseren Patienten die Möglichkeit einer solch hochmodernen Therapie zu ermöglichen, stehen wir in enger Zusammenarbeit mit dem Paul Scherrer Institut (PSI). 

Das PSI ist seit vielen Jahren weltweit führend in der technischen wie auch klinischen Erforschung und Anwendung der Protonentherapie.

Durch die enge Verzahnung zwischen der Klinik für Radio-Onkologie des USZ und dem PSI haben unsere Patienten einen schnellen und direkten Zugang zu dieser modernen Form der Strahlentherapie.

Ganzkörperbestrahlung

Es handelt sich hierbei um eine Bestrahlungsmethode vor einer Knochenmarktransplantation. Wie der Name schon verrät, wird bei der Ganzkörperbestrahlung der ganze Körper bestrahlt.

Diese Form der Bestrahlung wird insbesondere bei bösartigen Erkrankungen des Blutes und der Lymphdrüsen angewendet, dann immer in der Kombination mit einer intensiven Chemotherapie.

Brachytherapie

Bei der Brachytherapie wird eine radioaktive Quelle direkt in einen Tumor oder in dessen Nähe gebracht. Durch die unmittelbare Nähe zum Tumor kann das Abstandsquadratgesetz und/oder die kurze Reichweite der Strahlung ausgenutzt werden. Das dahinter liegende, gesunde Gewebe wird dabei weitgehend geschont. Wir verwenden je nach Anwendung Beta- (Phosphor-32) oder Gamma-Strahlen (Iridium-192).

Die häufigste Form der Brachytherapie ist die intracavitäre Therapie. Hierbei wird die Strahlenquelle in natürlich vorhandene Körperöffnungen gebracht, um die dort lokalisierten Tumore zu bestrahlen. Wir benutzen ein High Dose Rate Afterloading Gerät, bei dem die radioaktive Quelle in einem abgeschirmten Behälter gelagert ist. Nachdem die Applikation gelegt, die Positionsgenauigkeit gewährleistet, die Bestrahlung geplant bzw. die Verweildauer der radioaktiven Quelle berechnet wurde, wird die radioaktive Quelle computergesteuert in Bestrahlungsposition gebracht. Die Afterloading Technik ermöglicht eine grösst mögliche Schonung der Patientin und des Personals.

4D-CT

Damit die Bestrahlung so präzise wie nur möglich abläuft, verwenden wir neben speziellen Lagerungssystemen auch modernste Technologien zur Therapieplanung, wie z.B. das 4D-CT. In einem 4D-CT erkennt man nicht nur die Lage der Knochen und inneren Organe, sondern zusätzlich auch deren Bewegung. Es beinhalte neben der dreidimensionalen räumlichen Auflösung (3D) eben auch eine zeitliche Komponente. Auf diese Weise kann während der Bestrahlung auch Rücksicht auf unvermeidliche Bewgungen während der Bestrahlung, wie z.B. die Atmung genommen werden. Im unten gezeigten 4D-CT ist beispielhaft die Bewegung eines Tumors in der Lunge zu sehen.

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Bild: Linearbeschleuniger Trilogy in der Klinik für Radio-Onkologie, UniversitätsSpital Zürich.