Tumortherapie mit schweren Ionen

Tumortherapie mit schweren Ionen
Einrichtung eines Patienten zur Schwerionen
Therapie. Um den Tumor im Kopf präzise zu
bestrahlen wird der Kopf mit einer Maske fixiert.
Lins im Bild sieht man die Strahlmonitore.
Schwerionentherapie ist eine neue, hochpräzise Form externer Strahlentherapie. Sie
ermöglicht für besonders strahlenresistente Tumorformen größere Heilungschancen
als andere Therapien. Schwerionentherapie ist jedoch keine allgemeine Lösung für die
Behandlung von allen Tumorarten. Schwerionentherapie hat folgende Unterschiede
zur konventionellen Strahlentherapie:
• eine höhere Dosis im Tumor bei einer geringen Belastung des Normalgewebes im Eingangskanal
• eine präzisere Konzentration der Dosis im Zielvolumen mit steileren
Randabfällen zum Normalgewebe
• eine höhere biologische Wirksamkeit für Tumoren, die sonst sehr
strahlenresistent sind
Diese Eigenschaften erlauben es, strahlenresistente Tumoren auch in der Nähe von
empfindlichen Organen mit großem Erfolg zu behandeln.
Vergleich von Kohlenstoffbestrahlung (links) und
Photonenbestrahlung (rechts). Bei der Photonen
(Intensitätsmodulierte Bestrahlung IMRT) werden
9 Eingangskanäle benutzt, um die hohe Dosis
gleichmäßig zu verteilen. Für Kohlenstoff ist bei
nur zwei Eingangskanälen die Belastung des
gesunden Gewebes sehr viel kleiner.
Weitere Information finden Sie unter:http://www.gsi.de/documents/DOC-2008-Jun-16-1.pdf
Gerhard Kraft: Schwere Geschütze gegen Krebs, Physik Journal Heft 2/2007, Seiten 29-35
Tumortherapie bei GSI
Am 13. Dezember 1997 wurde an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) der erste Tumorpatient mit
schweren Ionen bestrahlt. Dies war die erste intensitätsmodulierte Schwerionentherapie weltweit. Bis zum Ende
des Projekts wurden insgesamt 440 Patienten mit strahlenresistenten Tumoren sehr erfolgreich behandelt
5
12
4
C−Ionen
250 MeV/u
300 MeV/u
relative Dosis
Die strahlenbiologische Forschung hatte gezeigt, dass
Kohlenstoff der ideale Strahl zur Behandlung tiefliegender, strahlenresistenter Tumoren ist: eine
niedrige Dosis im Eingangs-Kanal verursacht meist
reparable biologische Schäden. Eine hohe Dosis am
Strahlende kombiniert mit einer hohen biologischen
Wirksamkeit ermöglicht eine effiziente Inaktivierung
strahlenresistenter Tumoren. Die minimale Seitenstreuung ergibt eine Millimeter-Präzision im Ziel.
Außerdem konnte mit dem Kohlenstoffstrahl erstmals
ein Verfahren zur Strahllokalisierung im Patienten
verwirklicht werden: Ionenstrahlen produzieren im
Gewebe des Patienten zu einem kleinen Prozentsatz
instabile Isotope, die über die Emission von
Positronen zerfallen. Mit einer Kamera zur
Positronen-Emissions-Tomographie (PET) kann man
den Zerfallsort von außen lokalisieren. Damit lässt
sich zum ersten Mal bei einer Tumortherapie der
Strahl im Patienten während der Bestrahlung nachverfolgen.
3
2
18 MeV
Photonen
1
60
Co−Gamma
120 keV
Röntgen
0
0
5
10
15
20
Tiefe in Wasser [cm]
Tiefendosis-Verteilungen von Photonen und
Teilchen-Strahlen. Für Photonen fällt die Dosis
mit der Tiefe ab. Teilchenstrahlen haben dagegen
am Ende der Reichweite ein Dosismaximum, das
über den Tumor gelenkt werden kann.
Bis jetzt wurden an der GSI mehr als 400 Patienten mit Kohlenstoffionen mit großem Erfolg behandelt.
Zunächst wurden nur Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich bestrahlt. Hier ist die Geometrie des
Zielvolumens zwar kompliziert, aber der Kopf kann besonders einfach mit einer Maske fixiert werden. Später
wurde das Verfahren auf Tumoren längs der Wirbelsäule ausgedehnt. Mit der Bestrahlung von Patienten mit
Prostatakrebs wurde begonnen. Die Bestrahlung erfolgt mit dem bei der GSI entwickelten extrem präzisen
Rasterscanverfahren. Diese Therapie ist ein gemeinsames Projekt der GSI Darmstadt mit dem Universitätsklinikum Heidelberg, dem Krebsforschungszentrum Heidelberg und dem FZR Dresden.
Prinzip des Rasterscan-Verfahrens. Der feine
"Nadelstrahl" von einigen Millimetern Durchmesser wird mit zwei schnellen Magneten senkrecht und waagerecht über jede Scheibe des
Tumors geführt.
Derzeit ist es noch nicht möglich, Tumoren im Thorax- und Bauchbereich zu bestrahlen, weil sich die Organe
aufgrund der Atmung und des Herzschlags bewegen. Ein Kompensationssystem wird z. Z. bei der GSI
entwickelt.
Parallel zu diesen Forschungsarbeiten und dem laufenden Pilotprojekt Therapie ist die GSI am technischen
Aufbau einer dedizierten Kohlenstoff-Protonen-Therapie in Heidelberg führend beteiligt. Für ein ähnliches
Projekt in Pavia (Italien) baut die GSI die erste Beschleunigerstufe. Die GSI hat an die Firma Siemens Partikel
Therapie exklusive Patentlizenzen zu vielen technischen Einzelheiten vergeben und einen Vertrag über
Wissenstransfer abgeschlossen. Damit und mit dem eigenen Medizingerätepark bietet die Firma Siemens
weltweit ein führendes Schwerionentherapie-System an. In Marburg und in Kiel werden die ersten kompletten
Schwerionentherapie Anlagen von der Fa. Siemens geliefert. Die ersten Patienten sollen 2010 bzw. 2013
bestrahlt werden.