Linearbeschleuniger
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Bestrahlungstechniken – „von konformal zur Punktbestrahlung“ Dr. med. René Pahl, MaHM Was wollen Sie später einmal werden? Radioonkologie eine Blackbox? Die Evolution der Medizin Skalpell versus Photonen Wie kann man Krebs mit Strahlentherapie heilen? Biologische Voraussetzungen: (Prof. Dunst) 1. Ionisierende Strahlung kann Krebszellen inaktivieren 2. Es bestehen Unterschiede zwischen malignen und benignen Zellen/ Geweben. Technische Voraussetzungen: 1. Der Tumor (das Zielgebiet) kann exakt lokalisiert werden. 2. Die Strahlung (Energiedosis) kann genau im Zielgebiet deponiert werden. Aufgabenbereiche und Interdisziplinarität eines Radioonkologen Beratung, Indikation Planungs-Computertomographie 3D-Bestrahlungsplanung 3D-Konformations-Strahlentherapie • CT-Untersuchung zum Erstellen eines 3D-Datensatzes des Zielgebietes • Optimale Anpassung der Strahlenfelder an Konfiguration des Zielvolumens • Exakte Berechnung der Strahlenbelastung von gesunden Organen (z.B. Niere, Lunge, Rückenmark). Dazu werden Dosis-Volumen-Histogramme (DVH) erstellt. • Da die Toleranzdosen dieser Organe bekannt sind, kann das Risiko für dauerhafte Nebenwirkungen (Spätfolgen) minimiert werden. Therapiesimulator, individuelle Maske bei Kopfbestrahlungen Definition des Zielvolumens, ärztlicher Behandlungsplan Geschichte der Zielvolumendefinition Tumorausbreitung und Bestrahlungsvolumen Tumorvolumen (GTV, gross tumor volume): Sichtbarer Tumor Klinisches Zielvolumen (CTV, clinical target volume): Sichtbarer Tumor plus mikroskopische Umgebungsinfiltration (oder z.B. OP-Gebiet nach Tumorresektion). Die mikroskopische Infiltration beträgt, abhängig von Tumorart und anatomischen Grenzen, ca. 5 bis 30mm. In diesem Volumen wird Tumor vermutet und das CTV soll mit der verordneten Dosis bestrahlt werden. Planungszielvolumen (PTV, planning target volume): ist CTV mit Sicherheitsabstand, der Lagevariabilität von Organen (Zwerchfellbewegung, Blasenfüllung) und Reproduzierbarkeit der täglichen Bestrahlung berücksichtigt. Meistens beträgt der „Sicherheitssaum“ um das CTV ca. 1cm. Definition des Zielvolumens, Konturierung Dosisberechnung durch Medizinphysiker Normale 3D-Konfomationsbestrahlung mit Zielvolumens „Vorwärts-Planung“: Problem der Bestrahlung eines konkaven sehr gute Dosisverteilung im Zielvolumen, ABER: Risikoorgan in der Konkavität des Zielvolumens wird nicht geschont. Behandeltes Volumen Zielvolumen Tumor Kollimator Risikoorgan 3D-Konformationsbestrahlung: Prostata-Ca Tumorausbreitung und Bestrahlungsvolumen II Konventionell RT 3D CRT Tumor Organ I Organ II IMRT/SBRT I M RT: Risikoorgan liegt zwar in einer Konkavität des Zielvolumens, kannrb aer t otzdem geschont werden durch „inverse Planung“ i „I ntensitätsprofile“ Zielvolumen Risikoorgan IMRT mtl „inverser Panu ng“: Richtlinien für Dosisverteilung werden vorgegeben, Computer rechnet zurück und optimiert Felder durch Iteration 70-jähriger Patient mit Prostatakarzinom wurde mit alleiniger externer Strahlentherapie in IMRT- Technik mit 8 Feldern behandelt. Das Bild zeigt einen Isodosenplan (hier in n Colorwash-Darstellung). Das Zielgebiet (PTV, Prostata) wird homogen erfasst (roter Bereich). Außerhalb des Zielgebietes sind die Strahlendosen deutlich niedriger; relevante dauerhafte Folgen der Bestrahlung sind bei diesen Dosen nicht zu erwarten. In den 8 Einstrahlrichtungen werden aber geringe Strahlendosen verabreicht. Die Hautdosis ist aber so niedrig, dass eine Hautreaktion nicht auftritt. Fig. 1 a dj u va nt e RT be im Re k t u m - Ca : V or t e ile von PT vs. 3 D- CRT/ I M RT Dynamische IMRT Wolff et al., Radiother Oncol 2012 3D-CRT IMRT (RapidArc) Protonen (IMPT) Sagittale und transversale Dosisverteilung bei der Behandlung eines Kindes mit Medulloblastom mit 3D-CRT, Rapid Arc-IMRT oder IMPT N. P. Brodin et al. Acta Oncol, 2011 Welche Probleme resultieren aus einer genauen Planung? Konventionell RT 3D CRT Tumor Organ I Organ II IMRT/SBRT Elektronen-Linearbeschleuniger Linearbeschleuniger, Linac Primärblendensystem (fokussiert Strahl auf max. 40x40cm² in 100cm Abstand vom Fokus) Multi-Leaf-Kollimator MLC (gibt dem Feld die individuelle Form, 80-120 computergesteuerte Miniblenden) MLC Ionisierende Strahlung (6-18MVPhotonenstrahlung bzw. Elektronenstrahlung) Linearbeschleuniger • erzeugen ultraharte Röntgenstrahlen (Photonen-, Bremsstrahlung) von 6 - ca. 20MV (Hochvolttherapie ab 1 MV) Vorteile: •Hautschonung (Aufbaueffekt) •hohe Eindringtiefe (wichtig für tiefgelegene Tumoren) •geringe Absorptionsunterschiede zwischen den Geweben (Knochen wird durchdrungen) Anforderungen: •Strahlenschutz (Bunker, Abschirmung im Gerät, keine Bleichschürzen!!) •Bunker ist während der Bestrahlung SPERRBEREICH (sonst Kontrollbereich) • zusätzlich Elektronenstrahlen (4-10MeV) für oberflächliche Bestrahlungen möglich • digitale Steuerung • Verifikation der Bestrahlung mit digitaler Bilderzeugung am Linearbeschleuniger (Portal imaging, Cone-Beam-CT)) • individuelle Konfiguration der Bestrahlungsfelder durch MultiLeaf-Kollimatoren (MLC) Tiefendosiskurve von 18MV-Photonenstrahlung (=Röntgenstrahlung, Bremsstrahlung) eines Linearbeschleuniger Aufbaueffekt: • durch Sekundärelektronen • Hautschonung Relative Dosis Dosismaximum in etwa 2cm Tiefe 2 • „unendliche“ Reichweite • Austrittsdosis oft gleicht oder höher als Eintrittsdosis 1 5 15 Gewebetiefe (in cm) Prinzip der externen Bestrahlung mit Linearbeschleuniger Fokus Raumlaser Isozentrum • Gerät (bzw. schwenkbarer Teil= Gantry) dreht sich um einen virtuellen Punkt im Raum (Isozentrum). • Isozentrum ist 1000mm vom Fokus (Strahlerzeugung) entfernt • Isozentrum ist durch Lasersysteme im Raum markiert. • Patient wird auf dem Bestrahlungstisch so gelagert, dass der geometrische Mittelpunkt des Zielvolumens im Isozentrum liegt. • Das Gerät (bzw. der Strahl) „schaut“ immer auf den Mittelpunkt des Zielvolumens („Beam´s eye view“), auch wenn Gerät oder Tisch gedreht werden. Arbeitsplatz der MTRAs, Schaltraum (Kontrollbereich) Strahlentherapie beim Mammakarzinom: Einstellung am Linearbeschleuniger Prinzip der externen Bestrahlung mit Linearbeschleuniger Verifikation am Therapiegerät •mit dem Therapiestrahl •digitale Bildrekonstruktion („Portal imaging“, „Beam view“) •Nachteil: gelegentlich schlechte Bildqualität Verifikationsaufnahme am Bestrahlungsgerät (mittels Portal imaging, „Beam-View“) Doppelbelichtung Präzision bei der täglichen Bestrahlung: Vermeidung von systematischen Fehlern ist wichtig! tägliche Bestrahlung, Idealsituation Zufälliger Fehler innerhalb der bei der Planung berücksichtigten Sicherheitsabstände (CTV wird gut bestrahlt): dieser Fehler darf nicht korrigiert werden! Systematischer Fehler (CTV wird vollständig bestrahlt): dieser Fehler muss korrigiert werden! Hochpräzisionsbestrahlung mit ExacTrac-Positionierungssystem • Infrarot-Positionierungssystem an der Decke plus • stereotaktische Röntgenröhren am Boden erlaubt Kontrolle der Position und Bewegung des Patienten vor und während der Bestrahlung FOCUS 18.05.2013 St r a h le n ch ir ur gie Strahlenchirurgie bei singulärer Hirnmetastase Zeit 1.Tag 2.Tag ca. 8.00h ca. 15.00h Maßnahme Dauer Beratung, Untersuchung, Aufklärung ca. 1h MRT ca. 1h Ankunft (nüchtern), Maske Planungs-CT mit KM 45min 30min Berechnung, Programmierung des Geräts, QA („Quality assurance“) ca. 3 Stunden Bestrahlung Abschlussgespräch, Entlassung ca. 45min ca. 20 min Video Cyberknife Lungenmetastase Vol: 2,4cc Patient inoperable und mit Atemgerät CyberKnife Behandlung Jun 2011 3 Fraktionen Dauer < 30 Minuten pro Sitzung Neue Methoden bei inoperablen Patienten: Strahlenchirurgie Hochpräzisionsbestrahlung von kleinen Tumoren mit wenigen hochpräzisen Bestrahlungen erreicht Heilungsraten wie eine OP, aber fast ohne Risiko Vor Strahlentherapie Nach 2 Monaten Nach 52 Monaten Patient mit einem kleinen Lungenkrebs (der mit rotem Kreis markierte weiße Fleck im CT-Bild) . Der Tumor war zwar technisch operierbar, der Patient war aber wegen schlechter Lungenfunktion nicht OP-fähig. Aufnahme des ersten Patienten mit Lungenkrebs, der in Deutschland mit Hochpräzisionsbestrahlung (Strahlenchirurgie) behandelt wurde . Die Behandlung erfolgte vor 15 Jahren an der Uniklinik Heidelberg, und der Patient wurde dadurch dauerhaft geheilt; die Aufnahme wurde freundlicherweise von Prof. P. Fritz (Heidelberg/Siegen) zur Verfügung gestellt. Mittlerweile gilt diese Form der Strahlentherapie als Standardverfahren für Patienten mit Lungentumoren, die ein hohes OP-Risiko haben. Ra dioch ir u r gie : Bildfu sion ( CT – M R) u nd Zie lvolu m e n de fin it ion Hochpräzisionsbestrahlung („Strahlenchirurgie“) ist besser als OP bei Hirnmetastasen OP RS Rezidive an behandelter Stelle treten nach Strahlenchirurgie (RS) nur halb so oft auf wie nach OP EORTC 22952-Studie, Kocher et al., J Clin Oncol 2011 Nachwuchsprogramme Ansprechpartner als Pate: Prof. Dunst Junge DEGRO für Assistenzärzte Lernerfolg Kontrollfragen zum Lernzielkatalog 1.Wie heißt das Großgerät, das (weit überwiegend) für die externe Strahlentherapie (perkutane Bestrahlung) verwendet wird? 2.Welche Vorteile haben hochenergetische „Röntgenstrahlen“ (Photonenstrahlung, Bremsstrahlung) in der Krebsbehandlung? 3.Erläutern Sie das technische Grundprinzip einer StandardStrahlentherapie! 4.Beantworten Sie folgende typische Fragen, die Patienten oft stellen! • Wird man radioaktiv belastet? • Was spürt man während der Bestrahlung? • Welche Einschränkungen muss man während einer typischen Strahlentherapie beachten? • Wie lange dauert eine typische Bestrahlung? • Kann die Behandlung ambulant durchgeführt werden? Typische Klausurfrage Mit welchem Teil eines Linearbeschleunigers wird das Bestrahlungsfeld der Konfiguration des Zielvolumens angepasst? a. ) Focus b.) Isozentrum c.) MLC (Multi-Leaf-Kollimator) d.) Isodosenplan e.) Beschleunigerröhre
