BILDGEFÜHRTE STRAHLENTHERAPIE - Varian

1
BILDGEFÜHRTE STRAHLENTHERAPIE
DEN TUMOR
IM VISIER
VARIAN MEDICAL SYSTEMS: JAHRESBERICHT 2004
Bruno Sorcini, PhD, vom Karolinska-Institut in Stockholm
bereitet eine Behandlung mit dem On-Board Imager, einem
integrierten Bildgebungssystem, vor.

Dank Dynamic Targeting IGRT mit Bildgebungsverfahren in
Echtzeit können Ärzte Tumoren mit nie gekannter Präzision
erkennen und ins Visier nehmen.
Am Karolinska-Institut in Stockholm (Schweden)
liegt Jan-Olov Carlsson auf einer Behandlungsliege
unter einem medizinischen Linearbeschleuniger.
Herr Carlsson wird nun seine tägliche Strahlendosis
erhalten, mit der seine Anfang 2004 diagnostizierte
Prostatakrebserkrankung behandelt wird.
Ein Röntgensystem gleitet auf Roboterarmen an die
richtige Position beidseits seines Körpers und dreht
sich dann um seine Körperachse. Mit den so gewonnenen
Bildern lässt sich die genaue Position des
Tumors mit hoher Präzision bestimmen. In einem
Kontrollraum überwachen Ärzte die Computer, die
automatisch die aktuellen Aufnahmen mit den
Bildern des Bestrahlungsplanes des Patienten
vergleichen. So wird festgestellt, ob der Tumor sich
seit der letzten Behandlung verschoben hat. Dies ist
heute der Fall. In nur wenigen Sekunden werden
die Koordinaten berechnet, mit denen das Strahlenfeld
exakt auf den Tumor ausgerichtet wird. Auf
Knopfdruck stellen die Therapeuten die Behandlungsliege
des Patienten ein und bringen ihn in die
richtige Position für die Bestrahlung.
Jan-Olov Carlsson (60) ist einer von mehr als einem Dutzend
Patienten, die heute am Karolinska-Institut behandelt werden – einem
Institut, in dem der On-Board Imager von Varian Medical Systems für
die bildgeführte Strahlentherapie (Image-Guided Radiation Therapy,
IGRT) eingesetzt wird. Die IGRT ermöglicht dem Arzt, Tumoren mit nie
gekannter Genauigkeit zu erkennen und zu behandeln.
„Die IGRT hat zu deutlichen Verbesserungen bei der Genauigkeit
geführt und uns die Möglichkeit gegeben, eine stärkere Strahlung auf
sicherere Weise zu verabreichen“, so Munther Ajlouni, Arzt und Leiter
der Radioonkologie am Henry Ford Health System in Detroit, Michigan
(USA), und einer der ersten IGRT-Anwender. Dr. Ajlouni und andere
Ärzte gehen davon aus, dass IGRT eine bedeutende Rolle im Kampf
gegen zahllose Krebsarten einnehmen wird.
„Der On-Board Imager sorgt dafür, dass das Ziel einwandfrei getroffen
und die umgebenden kritischen Regionen dabei geschont werden“,
erläutert Timothy Fox, PhD, Leiter für Medizinphysik der Abteilung
Radioonkologie an der Emory University School of Medicine in Atlanta,
Georgia (USA).
Wenn sich die Präzision weiterhin erwartungsgemäß entwickelt,
könnte die durch tägliche Röntgenbilder geführte Strahlentherapie schon
bald zur routinemäßigen Behandlung kleiner Metastasen und Läsionen
eingesetzt werden, für die derzeit noch ein operativer Eingriff oder eine
Chemotherapie erforderlich ist. „Wir glauben, dass wir mit IGRT ganz
andere Tumorstadien und -arten angehen können, die bislang als nicht
behandelbar galten“, so Timothy Fox.
Im Jahr 2004 wurde der On-Board Imager von Varian nicht nur am
Karolinska-Institut, am Henry Ford Health System und an der Emory
University School installiert, sondern auch an der Hirslanden-Klinik in
Aarau in der Schweiz, am M.D. Anderson Cancer Center in Houston,
Texas, am Memorial Sloan-Kettering Cancer Center in New York, am
Piedmont Hospital in Atlanta, Georgia, am Stanford University Medical
Center in Palo Alto, Kalifornien (alle USA) und an weiteren großen
Krebszentren.
Die Ärzte dieser Zentren nutzen die neue Technologie von Varian bei
der Behandlung von Prostata- und Gehirntumoren. Eine Ausdehnung des
Einsatzes auf gynäkologische Tumoren sowie auf Tumoren an der Bauchspeicheldrüse
und im Kopf-Hals-Bereich ist geplant oder läuft bereits.
Allen diesen Anwendungen ist ein Ziel gemeinsam: ausreichend Strahlung
zu applizieren, um den Tumor zu vernichten, jedoch so wenig
gesundes Gewebe wie möglich der Strahlung auszusetzen.
WARUM SOLLTE DIE SYSTEMINTEGRIERTE
BILDGEBUNG EINGESETZT WERDEN?
Die herkömmliche Strahlentherapie stößt durch normale Verschiebungen
in der menschlichen Anatomie in vielen Fällen an ihre
Grenzen. Das Gewebe und die Organe können jedes Mal, wenn sich
der Patient auf den Behandlungstisch legt, eine andere Lage relativ zu
den Knochen einnehmen. Ein Patient nimmt während einer Therapie
mit 25 bis 35 täglichen Behandlungen möglicherweise an Gewicht zu
oder ab, wodurch die Organe ihre Lage verändern. Tumoren können
sich nur durch die Atembewegungen des Patienten während der
Behandlung um mehrere Zentimeter verschieben.
In der Vergangenheit waren Onkologen gezwungen, diese
Tumorbewegungen zu kompensieren, indem Sie das Strahlenfeld
vergrößerten. Dadurch wurde auch ein beträchtliches Volumen gesunden
Gewebes rund um den Tumor der Strahlung ausgesetzt. Um
Komplikationen im umgebenden gesunden Gewebe zu vermeiden,
musste die Strahlendosis daher stark eingeschränkt werden, in
manchen Fällen sogar auf eine Dosis, die unterhalb der optimalen
Dosis zur Vernichtung des Tumors lag.
Mit Hilfe moderner Verfahren prüfen die Ärzte die Position des
Tumors in der Regel wöchentlich. Hierbei verwenden sie häufig
hochenergetische Behandlungsstrahlen. Das so erzielte Bild dient als
verlässliche Ausgangslage, um die notwendigen Anpassungen an der
Patientenpositionierung und an den Bestrahlungsplänen vornehmen zu
können. Zahlreiche Ärzte sind der Meinung, dass die Behandlung
durch eine tägliche Bildgebung und tägliche Anpassungen noch
präziser und wirkungsvoller würde. Dies gilt insbesondere dann, wenn
dies mit niederenergetischen diagnostischen Röntgenstrahlen anstelle
des hochenergetischen Behandlungsstrahls erfolgte. „Der Behandlungsstrahl“,
erläutert Timothy Fox, „liefert einfach kein qualitativ
hochwertiges diagnostisches Bild.“
Der On-Board Imager von Varian löst diese Probleme. Das Gerät
verwendet niederenergetische Röntgenstrahlen, die nur ein Sechzigstel
der Energie des Behandlungsstrahls aufweisen. So entstehen schnell
und automatisch Bilder mit einer deutlich höheren Qualität. Die Ärzte
an der Emory University School haben das Gerät mittlerweile bei mehr
als 400 strahlentherapeutischen Sitzungen zur Behandlung von
Prostatakrebs sowie bei Tumoren des zentralen Nervensystems und des
Gehirns eingesetzt, um die Positionierung des Patienten zu optimieren.
EIN VIELSEITIGES GERÄT
Der On-Board Imager liefert radiographische, Fluoroskopie- und Cone-
Beam-CT-Bilder. Hierbei sind nicht nur Standbilder möglich, sondern
auch Röntgenfilme der sich bewegenden Tumoren und vor allem 3D-
BILDGEFÜHRTE STRAHLENTHERAPIE 2

Bilder. Alle Aufnahmen weisen einen ausgezeichneten Kontrast
zwischen den Tumoren und dem umgebenden gesunden Weichgewebe
auf. Der Arzt kann so bei jedem Patienten die optimale
Bildgebungstechnik für den Krankheitsverlauf wählen.
Bislang wurden mit dem On-Board Imager hauptsächlich Tumorverschiebungen
unmittelbar vor einer Bestrahlungssitzung ermittelt.
Für die nahe Zukunft erwarten Ärzte jedoch, die Tumorbewegungen
während der Behandlung erkennen und den Patienten entsprechend
neu positionieren zu können. Dies soll mit der Fluoroskopie-Bildgebung
in Kombination mit dem Real-Time Position Management
(RPM)-System von Varian zur Kompensation der Atembewegung
geschehen. Das Kompensationssystem verfolgt die Tumorbewegung, die
aufgrund der Atmung entsteht. So ist der Arzt in der Lage, die Strahlung
zum optimalen Zeitpunkt im Atmungsverlauf des Patienten zu
aktivieren. Allein durch die Atmung kann ein Tumor seine Lage um
zwei bis vier Zentimeter verändern. Wenn diese Bewegung mit der
Fluoroskopie-Bildgebung und dem Kompensationssystem verfolgt
werden kann, wird der Bereich mit gesundem Gewebe, das der
Strahlung ausgesetzt wird, deutlich verkleinert. Dieser Punkt könnte
insbesondere bei der Behandlung von Lungen- und Brustkrebs von
Bedeutung sein (vgl. Artikel auf Seite 9).
Der On-Board Imager ist für die problemlose Integration und Synchronisation
mit anderen Hardware- und Software-Komponenten von
Varian konzipiert, beispielsweise mit Bestrahlungs- und Informationsmanagement-Systemen,
die über eine einzige Datenbank in Echtzeit
untereinander und mit den Behandlungsgeräten kommunizieren. Diese
Verknüpfung trägt dazu bei, die Bildgebung und Behandlung zu automatisieren
und zu beschleunigen, so dass die IGRT-Verfahren schnell
und praktikabel werden.
Ingemar Naslund, Arzt und Leiter der Strahlentherapie-Abteilung
am Karolinska-Institut, erklärt, dass die Verwendung der On-Board
Imager an seinem Institut noch weiter ausgebaut werde. „Die Bilder
Der On-Board Imager von Varian
für den Linearbeschleuniger ist mit
Roboterarmen ausgestattet, die
entlang der drei Bewegungsachsen
rotieren und so die Röntgenröhre und
den Flachbilddetektor beidseits des
Patienten positionieren können. Die
Bildgebungskomponenten werden
mit einer Präzision von Bruchteilen
eines Millimeters positioniert, um so
den bestmöglichen Aufnahmewinkel
zu erzielen.
3
FUNKTIONSWEISE EINES ON-BOARD IMAGER
Die Röntgenröhre erzeugt
niedrigdosierte Röntgenstrahlen,
wie sie für qualitativ hochwertige Bilder
benötigt werden. Der Flachbilddetektor
nimmt die Röntgenstrahlen auf und
wandelt sie elektronisch in hochwertige
Echtzeitbilder um, die ohne
Verzögerung auf einem Bildschirm
dargestellt werden. Um die Position
eines Tumors präzise zu bestimmen,
sind Bilder aus mindestens zwei
Aufnahmewinkeln erforderlich.
VARIAN MEDICAL SYSTEMS: JAHRESBERICHT 2004
besitzen eine hohe Qualität und können mühelos und automatisch in
die Therapie eingegliedert werden. Dadurch lässt sich der On-Board
Imager gut in ausgelasteten Strahlentherapie-Abteilungen einsetzen“,
erklärt er. Dr. Naslund zeigt sich besonders begeistert vom Einsatz der
Fluoroskopie-Bildgebung zum Aufzeigen von Goldmarkierungen, die in
Tumoren implantiert wurden, bei denen eine Verschiebung aufgrund
der Atmung des Patienten zu erwarten ist.
Ärzte, die den On-Board Imager verwenden, erklären übereinstimmend,
dass der zusätzliche Zeitaufwand von nur drei bis fünf Minuten
für das tägliche Anfertigen von Röntgenbildern und das Anpassen der
Patientenposition bei einer typischen Bestrahlungssitzung vernachlässigt
werden könne.
Durch die höhere Präzision, die dank des On-Board Imager erzielt
wird, können Tumoren mit einer höheren Tagesdosis über einen
kürzeren Zeitraum hinweg behandelt werden. Hier kommt der neue
Trilogy-Linearbeschleuniger von Varian zum Einsatz (vgl. Artikel auf
Seite 10). „Die IGRT nimmt einen besonders hohen Stellenwert ein,
wenn es darum geht, die Bestrahlung präzise auszurichten. Das gilt
umso mehr, wenn wir die Dosis erhöhen“, betont Fang-Fang Yin, PhD,
Leiter für Medizinphysik am Duke University Medical Center in
Durham, North Carolina (USA). Im Jahr 2004 war Fang-Fang Yin
maßgeblich an der Einführung der IGRT-Therapie am Henry Ford
Health System beteiligt.
Nach der fünften von insgesamt 25 geplanten Bestrahlungsbehandlungen
erklärt der Prostatakrebspatient Jan-Olov Carlsson, dass
er am Karolinska-Institut nur gute Erfahrungen gemacht habe. „Es ist
einfach fantastisch, dass die Position noch vor der Bestrahlung angepasst
werden kann“, freut sich Carlsson. „Ich hoffe, dass sich dadurch
die Nebenwirkungen verringern. Ich freue mich, dass ich mit einer
neuen Technologie behandelt werde, besonders wenn das bedeutet,
dass die Strahlen genau dort ankommen, wo sie hin sollen.“ •
Röntgenröhre Roboterarme Linearbeschleuniger Flachbilddetektor Bildschirm/Steuerpult
Mit der Software von Varian
werden Echtzeitbilder aus dem On-
Board Imager mit Referenzbildern
verglichen, um festzustellen, ob der
Patient umgelagert werden muss,
damit der Behandlungsstrahl optimal
auf den Tumor zielt. Mit einem
Knopfdruck am Steuerpult werden die
Patienten automatisch in die richtige
Position gebracht. Der gesamte
Vorgang dauert nur drei bis fünf
Minuten.
Der On-Board Imager liefert
radiographische Aufnahmen
(Standbilder), Fluoroskopie-
Aufnahmen (bewegte Bilder) sowie
Cone-Beam-CT-Aufnahmen (3D-
Bilder). So erhält der Arzt optimale
Ansichten des Tumors.

Karen Metz, die ihren Brustkrebs überlebte, und
ihre Ärztin Francine Halberg im Marin Cancer
Institute.
KOMPENSATION DER
ATEMBEWEGUNG:
BEHANDLUNG NICHT
STATIONÄRER ZIELE
Lungenkrebs ist und bleibt die Krebserkrankung Nr. 1. Nach Angaben
des National Cancer Institute in den USA hat die Fünf-Jahres-Überlebensrate
von weniger als 15 Prozent in den letzten 30 Jahren so gut wie stagniert.
Eine innovative Technologie von Varian – die Kompensation der
Atembewegung – gibt Patienten und Ärzten gleichermaßen neue Hoffnung,
eine aggressivere und erfolgreichere Behandlungsmethode durchzuführen.
Durch die Kompensation der Atembewegung
ist es möglich, die Position von Tumoren zu verfolgen,
die sich bei der Atmung des Patienten um
bis zu vier Zentimeter bewegen. Beim RPM-
System von Varian (zur Kompensation der Atembewegung),
das mittlerweile an mehr als 300
Krebszentren in der ganzen Welt zum Einsatz
kommt, werden eine Infrarotkamera und eine
besondere Markierung verwendet, die auf das
Zwerchfell des Patienten platziert wird. Die
Atmung kann somit nicht nur beim CT-Scan für
die Bestrahlungsplanung überwacht werden,
sondern auch während der Behandlung selbst.
Der Arzt kann dadurch den jeweils optimalen
Zeitpunkt im Atmungszyklus des Patienten auswählen,
um den Behandlungsstrahl zu applizieren.
Auf diese Weise ist es möglich, den bestrahlten
Bereich deutlich zu verkleinern. Im
Gegenzug kann die Gesamtdosis erhöht werden,
ohne fürchten zu müssen, dass das umgebende
gesunde Gewebe geschädigt wird.
„Bislang mussten wir einen Bereich von drei
bis fünf Zentimetern um einen Tumor herum
mitbestrahlen, um eine angemessene Abdeckung
zu erzielen“, erinnert sich Anthony Berson, Arzt
und Leiter der Abteilung Radioonkologie am St.
Vincent's Comprehensive Cancer Center in New
York (USA). Dank der Kompensation der Atembewegung
konnte dieser Bereich auf ein bis zwei
Zentimeter verkleinert werden. „Das ist eine
gewaltige Verbesserung.“
Gleichzeitig kann die Gesamtdosis gesteigert
werden. „Unser Ziel liegt zunächst darin, die
Dosis um 10 bis 20 Prozent zu erhöhen“, erläutert
Dr. Berson. „Für langfristige Ergebnisse ist
es noch zu früh, aber wir gehen davon aus, dass
wir durch die erhöhte Dosis die Tumoren besser
unter Kontrolle bringen können.“
Am Marin Cancer Institute in Greenbrae,
Kalifornien (USA), behandelt die Ärztin Francine
Halberg unter Zuhilfenahme der Kompensation
der Atembewegung Patienten mit linksseitigem
Brustkrebs. Da die Strahlung präzise auf den
Tumor gerichtet werden kann, wird nicht nur die
ungewollte Bestrahlung des Herzgewebes vermieden,
sondern auch die durch Mitbestrahlung
hervorgerufenen Nebenwirkungen. In den Richtlinien
für die Behandlung von Lungenkrebs mit
Kompensation der Atembewegung „wird häufig
empfohlen, die Strahlung zum Zeitpunkt der
maximalen Ausatmung zu verabreichen“, so
Francine Halberg. „Dieser Zeitpunkt ist äußerst
stabil und äußerst konsistent im Vergleich zu
anderen Phasen im Atmungszyklus. Bei der Behandlung
von Brustkrebs empfiehlt sich jedoch
der Zeitpunkt der maximalen Einatmung, weil
die Brust dann am weitesten vom Herzen
entfernt ist.“
Francine Halberg hat mehr als zwei Dutzend
Brustkrebspatientinnen mit Hilfe der Kompensation
der Atembewegung behandelt, nachdem
die Tumoren bei einer Lumpektomie entfernt
wurden. „Das Rezidivrisiko nach einer Strahlentherapie
der Brust ist sehr, sehr gering“, erläutert
sie.
Am St. Vincent's Comprehensive Cancer
Center wurde die Kompensation der Atembewegung
in den vergangenen drei Jahren bei
der Behandlung von mehr als 300 Patienten
eingesetzt. Anthony Berson und sein Team haben
die Kompensation der Atembewegung nicht nur
bei Lungenkrebs eingesetzt, sondern auch bei der
Behandlung von Krebserkrankungen im Oberbauch
(z. B. Tumoren an der Bauchspeicheldrüse,
am Magen und an der Leber). Diese
Tumoren bewegen sich ebenfalls während der
Atmung des Patienten. „In diesen Fällen“, so Dr.
Berson, „zieht das große Strahlenfeld bei herkömmlichen
Techniken in Kombination mit den
Auswirkungen der Chemotherapie unweigerlich
hohe Komplikationsraten nach sich. In dieser
Situation“, fährt er fort, „führt alles, womit man
dieses Strahlenfeld verkleinern kann, dazu, dass
diese unerwünschten Komplikationen eingeschränkt
werden.“
Die beträchtlichen Verbesserungen, die die
Kompensation der Atembewegung bietet, können
problemlos erreicht werden, ohne die Abläufe in
der Klinik zu stören. „Wir sind ein sehr gut
ausgelastetes Gemeindekrankenhaus“, erläutert
Dr. Berson. „Zu uns kommen täglich unzählige
Patienten. Das gehört ganz einfach zu unserem
Alltag.“ •
KOMPENSATION DER ATEMBEWEGUNG 4