Protonen eröffnen neue Wege in der Strahlentherapie

SPEZIAL: BIOPHOTONIK
Strahlführung
Protonen eröffnen neue
Wege in der Strahlentherapie
AUGENKREBS IN EINER WOCHE HEILBAR
Bei der bisherigen Strahlentherapie wird auch gesundes
Gewebe beschädigt. Die Bestrahlung mit Protonen
lässt sich präziser ausrichten, ist aber aufgrund der schwierigen Protonenerzeugung noch selten.
JENS HEUFELDER
OLAF MEYER
ie Diagnose Krebs kann jeden treffen. Glücklicherweise verbessern
sich die Heilungschancen insbesondere durch die Fortschritte in der Protonentherapie. Der hohe Aufwand für die
Protonenerzeugung lässt diese Behandlung in Deutschland momentan nur für
medizinische Randbereiche wie einen Tumor im Augeninneren zu.
Mit etwa 500 bis 600 Neuerkrankungen
pro Jahr ist in Deutschland das bösartige
Aderhautmelanom die häufigste Krebs-
D
form im Auge. Ziel der Behandlung ist die
Vernichtung des Tumors und der Erhalt
des Sehvermögens. Da die operative Entfernung eines Augentumors in meist zu
riskant ist, wird die Strahlentherapie eingesetzt. Die Strahlen schädigen die Erbsubstanz und führen den Zelltod herbei.
Lässt sich die Strahlenwirkung aber nicht
präzise auf den Tumor begrenzen, dann
wird auch das umliegende gesunde Gewebe zerstört. Im Auge kann unter anderem der Sehnerv beschädigt werden und
der Patient erblinden.
Mit Elektronen- oder Gammastrahlen,
die normalerweise bei der Strahlenthera-
Systemaufbau bei der Protonenstrahltherapie
pie eingesetzt werden, lässt sich die hohe
Präzision, die bei der Bestrahlung von Tumoren im Augeninnern notwendig ist,
nicht erreichen. Sie geben Energie schon
vor und auch noch hinter dem Tumor ab
und schädigen damit auch gesundes Gewebe.
Individuelle
Strahlanpassung
1 Die Protonenstrahlung wird genau dosiert und präzise auf den Augentumor gerichtet. Während
der Bestrahlung überwacht man kontinuierlich die Blickrichtung
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Behutsamer ist die Bestrahlung des Aderhautmelanoms mit Protonen, also den
positiv geladenen Teilchen, die zusammen
mit den Neutronen den Atomkern bilden.
Wenn Protonen mit einer bestimmten
Energie auf den Tumor treffen, geben sie
ihre Energie volumengenau ab. Gesundes
Gewebe davor, dahinter und auch seitlich
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Strahlführung
des Tumors wird geschont. Der Erfolg der
Behandlung hängt von der individuellen
Anpassung und Ausrichtung des Protonenstrahls auf den Augentumor ab.
Seit 1998 wird in Berlin am Hahn-Meitner-Institut in Zusammenarbeit mit der
Charité die Protonenstrahlenergie zur Behandlung von Aderhautmelanomen erfolgreich angewendet. Für zehn Wochen im
Jahr steht ein Teilchenbeschleuniger, ein
so genanntes Zyklotron, der normaler-
weise nur zu Forschungszwecken dient, für
die Protonenstrahltherapie bereit. Das Zyklotron beschleunigt die Protonen auf
eine Energie von 68 MeV, mit der sie bis zu
36 mm tief in das Gewebe eindringen
könnten. Im Auge liegen die Tumore nur
in einer Tiefe von etwa 24 bis 28 mm. Die
Protonen werden daher für die Behandlung mit einem Reichweitenschieber auf
die benötigte Eindringtiefe abgebremst
(Bild 1), indem zwei Plexiglaskeile gegeneinander verschoben werden.
Zur Erzeugung eines Tiefenplateaus mit
gleichmäßig verteilter Strahlendosis (ausgedehnter Bragg-Peak) wird ein an den
Beschleuniger angepasstes Modulatorrad
verwendet. Dieses Rad besteht aus sternförmig angeordneten Kunststoffkeilen, die
die Protonenstrahlung individuell absor-
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bieren und ihre Eindringtiefe nach Bedarf
reduzieren. Während der Bestrahlung
dreht sich das Modulatorrad mit 1200 Umdrehungen pro Minute.
Präzise Ausrichtung
schützt die Sehkraft
Hinter dem Modulatorrad hat der Protonenstrahl als Summe aus allen monoenergetischen Bragg-Peaks einen konstanten,
ausgedehnten Bragg-Peak. Zur
Sicherheit wird vor jeder Bestrahlungsperiode das Tiefenplateau der Dosisverteilung in
allen drei Raumrichtungen mit
dem linearen Präzisionsversteller von Owis kontrolliert. Zusammen mit der Schrittmotorsteuerung ›SMS 60‹ erreicht man
die Zuverlässigkeit und Wiederholgenauigkeit, von der der Erhalt der Sehkraft abhängt.
Der Kopf des Patienten wird
mit einer für ihn angefertigten
Gesichtsmaske und einem Beißblock fixiert (Titelbild). Vor der
Bestrahlung markiert der Augenarzt den Tumor mit Metallplättchen, die auf die Lederhaut
des Auges genäht werden. Mit
einer Röntgenkamera sowie axialen und lateralen Bildverstärkern überwacht man die Lage
des Tumors während der Bestrahlung. Mit einer Kamera beobachtet man kontinuierlich die
Blickrichtung des Patienten
(Bild 1). Der Kranke blickt bei
der Bestrahlung auf einen projizierten Lichtpunkt, der mit dem Strahlführungssystem von Owis individuell angepasst wird. Schweift der Blick von dieser Position ab, wird die Bestrahlung
sofort unterbrochen. Diese Maßnahmen
sind notwendig, um den Tumor mit einer
Genauigkeit von weniger als einem Achtel
Millimeter zum Protonenstrahl auszurichten. Die Bestrahlung dauert zirka 30 s,
und nach nur vier Sitzungen innerhalb von
einer Woche ist der Tumor in der Regel
besiegt.
Standardbehandlung
mit Protonen durch Laser
Größere Beschleuniger können Protonen
mit mehr Energie erzeugen, die auch Tumore in tieferen Gewebeschichten errei-
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chen. Wünschenswert wäre das beispielsweise bei Gehirntumoren, bei denen ein
chirurgischer Eingriff mit großen Risiken
behaftet ist. Der technische und finanzielle Aufwand für eine Beschleunigeranlage ist jedoch groß. Daher stehen weltweit nur wenige Anlagen zur Verfügung.
Kostengünstiger und weniger aufwändig ist die Erzeugung von Protonen mit
Laserlicht. Ein gepulster Laser bestrahlt zu
diesem Zweck eine kunststoffbeschichtete
Goldfolie im Terawattbereich. Durch den
Laserpuls werden aus der Folie Protonen
mit hoher Energie herausgeschlagen.
Diese Methode ist nicht nur billiger, die
Protonenerzeugung könnte außerdem wenige Meter neben dem Patienten stehen
und die Therapie breitflächig verfügbar
machen. Bisher haben die mit Lasern erzeugten Protonen aber noch nicht genug
Energie, um in tiefe Gewebeschichten einzudringen. Setzt sich jedoch die rasante
Laserentwicklung fort, könnte die Krebsbekämpfung mit Protonen zukünftig eine
Standardbehandlung werden. n
Fazit: Laser für die
Protonenerzeugung
Bisher stehen nur wenige Zyklotrons
für die Erzeugung von Protonen zur Verfügung. Da die Krebsbekämpfung mit
der bisher üblichen Elektronen- und
Gamma-Strahlentherapie nicht nur den
Tumor, sondern auch das gesunde Gewebe schädigt, wäre eine schnelle Verbreitung der präzisen Protonentherapie
wünschenswert. Eine Hoffnung liegt
darin, Protonen mit kostengünstigen
Lasern zu erzeugen und so der Diagnose
Krebs den Schrecken zu nehmen.
AUTOREN
Dr. JENS HEUFELDER ist Medizinphysiker am Hahn-Meitner-Institut in Berlin.
Dipl.-Wirt.-Ing. OLAF MEYER ist Verkaufsleiter Nord bei
Owis in Staufen.
KONTAKT
OWIS GmbH,
79219 Staufen,
Tel. 0 76 33 /95 04 –0,
Fax 0 76 33 /95 04 –44,
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