Externe Strahlentherapie – Wikipedia

Behandlung von Krebs mit ionisierter Strahlung

Externe Strahlentherapie ((EBRT) ist die häufigste Form der Strahlentherapie (Strahlentherapie). Der Patient sitzt oder liegt auf einer Couch und eine externe Quelle ionisierender Strahlung ist auf einen bestimmten Körperteil gerichtet. Im Gegensatz zur Brachytherapie (versiegelte Strahlentherapie) und der nicht versiegelten Strahlentherapie, bei der sich die Strahlungsquelle im Körper befindet, lenkt die externe Strahlentherapie die Strahlung von außerhalb des Körpers auf den Tumor. Orthovoltage (“oberflächlich”) Röntgenstrahlen werden zur Behandlung von Hautkrebs und oberflächlichen Strukturen verwendet. Megavolt-Röntgenstrahlen werden zur Behandlung tiefsitzender Tumoren (z. B. Blase, Darm, Prostata, Lunge oder Gehirn) verwendet, während Megavolt-Elektronenstrahlen typischerweise zur Behandlung oberflächlicher Läsionen verwendet werden, die sich bis zu einer Tiefe von ungefähr 5 cm erstrecken (zunehmende Strahlenergie entspricht zu größerer Durchdringung). Röntgenstrahlen und Elektronenstrahlen sind bei weitem die am häufigsten verwendeten Quellen für die externe Strahlentherapie. Eine kleine Anzahl von Zentren betreibt experimentelle und Pilotprogramme, bei denen Strahlen schwererer Teilchen, insbesondere Protonen, eingesetzt werden, da die absorbierte Dosis unter der Tiefe des Ziels schnell abfällt.

Röntgen- und Gammastrahlen[edit]

Historisches Bild von Gordon Isaacs, dem ersten Patienten, der 1957 wegen eines Retinoblastoms mit einer Linearbeschleuniger-Strahlentherapie (in diesem Fall einem Elektronenstrahl) behandelt wurde. Gordons rechtes Auge wurde am 11. Januar 1957 entfernt, weil sich sein Krebs ausgebreitet hatte. Sein linkes Auge hatte jedoch nur einen lokalisierten Tumor, der Henry Kaplan dazu veranlasste, zu versuchen, ihn mit dem Elektronenstrahl zu behandeln.

Herkömmlicherweise wird die Energie diagnostischer und therapeutischer Gamma- und Röntgenstrahlen in Kilovolt oder Megavolt (kV oder MV) ausgedrückt, während die Energie therapeutischer Elektronen in Megaelektronvolt (MeV) ausgedrückt wird. Im ersten Fall ist diese Spannung das maximale elektrische Potential, das von einem Linearbeschleuniger zur Erzeugung des Photonenstrahls verwendet wird. Der Strahl besteht aus einem Spektrum von Energien: dem maximal Die Energie entspricht ungefähr dem maximalen elektrischen Potential des Strahls mal der Elektronenladung. Somit erzeugt ein 1 MV-Strahl Photonen von nicht mehr als etwa 1 MeV. Das bedeuten Die Röntgenenergie beträgt nur etwa 1/3 der maximalen Energie. Strahlqualität und Härte können durch Röntgenfilter verbessert werden, was die Homogenität des Röntgenspektrums verbessert.

Medizinisch nützliche Röntgenstrahlen werden erzeugt, wenn Elektronen auf Energien beschleunigt werden, bei denen entweder der photoelektrische Effekt überwiegt (für diagnostische Zwecke, da der photoelektrische Effekt einen vergleichsweise hervorragenden Kontrast zur effektiven Ordnungszahl bietet Z.) oder Compton-Streuung und Paarproduktion überwiegen (bei Energien über ungefähr 200 keV für die ersteren und 1 MeV für die letzteren) für therapeutische Röntgenstrahlen. Einige Beispiele für in der Medizin verwendete Röntgenenergien sind:

• Oberflächliche Röntgenstrahlen mit sehr niedriger Energie – 35 bis 60 keV (bei der Mammographie, bei der der Kontrast des Weichgewebes im Vordergrund steht, werden kV-Röntgenstrahlen mit sehr niedriger Energie verwendet)
• Oberflächliche Strahlentherapie Röntgenstrahlen – 60 bis 150 keV
• Diagnostische Röntgenstrahlen – 20 bis 150 keV (Mammographie bis CT); Dies ist der Bereich der Photonenenergien, in dem der photoelektrische Effekt, der einen maximalen Weichgewebekontrast ergibt, überwiegt.
• Orthospannungsröntgenstrahlen – 200 bis 500 keV
• Vorspannungsröntgenstrahlen – 500 bis 1000 keV
• Megavolt-Röntgenstrahlen – 1 bis 25 MeV (in der Praxis sind nominelle Energien über 15 MV in der klinischen Praxis ungewöhnlich).

Megavolt-Röntgenstrahlen sind in der Strahlentherapie bei der Behandlung einer Vielzahl von Krebsarten bei weitem am häufigsten. Oberflächliche und orthovoltäre Röntgenstrahlen finden Anwendung bei der Behandlung von Krebserkrankungen an oder nahe der Hautoberfläche.^[1] Typischerweise werden Megavolt-Röntgenstrahlen mit höherer Energie gewählt, wenn es wünschenswert ist, die “Hautschonung” zu maximieren (da die relative Dosis zur Haut für solche Hochenergiestrahlen niedriger ist).

Medizinisch nützliche Photonenstrahlen können auch von einer radioaktiven Quelle wie Iridium-192, Cäsium-137 oder Radium-226 (das klinisch nicht mehr verwendet wird) oder Kobalt-60 abgeleitet werden. Solche Photonenstrahlen, die aus dem radioaktiven Zerfall stammen, sind mehr oder weniger monochromatisch und werden zu Recht als Gammastrahlen bezeichnet. Der übliche Energiebereich liegt zwischen 300 keV und 1,5 MeV und ist isotopenspezifisch. Bemerkenswerterweise sind Photonenstrahlen, die von Radioisotopen stammen, im Gegensatz zum kontinuierlichen Bremsstrahlungsspektrum eines Linacs ungefähr monoenergetisch.

Therapeutische Strahlung wird hauptsächlich in der Strahlentherapie-Abteilung mit einigen der folgenden Geräte erzeugt:

1. Oberflächliche Strahlentherapie (SRT) Geräte erzeugen energiearme Röntgenstrahlen im gleichen Energiebereich wie diagnostische Röntgengeräte (20 – 150 kV) zur Behandlung von Hauterkrankungen.^[2]
2. Orthospannung Röntgengeräte, die energiereichere Röntgenstrahlen im Bereich von 200–500 kV erzeugen. Diese Strahlung wurde “tief” genannt, weil sie Tumore in Tiefen behandeln konnte, in denen “oberflächliche” Strahlung mit niedrigerer Energie (oben) ungeeignet war. Orthospannungsgeräte haben im Wesentlichen das gleiche Design wie diagnostische Röntgengeräte. Diese Maschinen sind im Allgemeinen auf weniger als 600 kV begrenzt.
3. Linearbeschleuniger (“Linacs”), die Megavolt-Röntgenstrahlen erzeugen. Die erste Verwendung eines Linac für die medizinische Strahlentherapie erfolgte 1953 (siehe auch Strahlentherapie). Im Handel erhältliche medizinische Linacs erzeugen Röntgenstrahlen und Elektronen mit einem Energiebereich von 4 MeV bis etwa 25 MeV. Die Röntgenstrahlen selbst werden durch die schnelle Verzögerung von Elektronen in einem Zielmaterial, typischerweise einer Wolframlegierung, erzeugt, die über Bremsstrahlung ein Röntgenspektrum erzeugt. Die Form und Intensität des von einem Linac erzeugten Strahls kann durch eine Vielzahl von Mitteln modifiziert oder kollimiert werden. Daher werden konventionelle, konforme, intensitätsmodulierte, tomographische und stereotaktische Strahlentherapien alle durch speziell modifizierte Linearbeschleuniger erzeugt.
4. Kobalt-Einheiten die Strahlung des Radioisotops Cobalt-60 verwenden, erzeugen stabile, dichromatische Strahlen von 1,17 und 1,33 MeV, was zu einer durchschnittlichen Strahlenergie von 1,25 MeV führt. Die Rolle der Kobalteinheit wurde weitgehend durch den Linearbeschleuniger ersetzt, der Strahlung mit höherer Energie erzeugen kann. Die Kobaltbehandlung spielt in bestimmten Anwendungen (z. B. dem Gammamesser) immer noch eine nützliche Rolle und ist weltweit immer noch weit verbreitet, da die Maschinen im Vergleich zum modernen Linearbeschleuniger relativ zuverlässig und einfach zu warten sind.

Patient, der eine Cobalt-60-Therapie in einem frühen Teletherapiegerät erhält, wahrscheinlich Anfang der 1950er Jahre. Das Kobalt befindet sich im Strahlungskopf (oben in der Mitte), der einen Strahl von Gammastrahlen erzeugt, der den Körper des Patienten durchdringt und auf den Tumor trifft. Die durch den Patienten hindurchtretende Strahlung wird vom gegenüberliegenden Bleischild absorbiert. Während der Therapie dreht sich die Headunit langsam um den Patienten, um die Strahlendosis für gesundes Gewebe zu reduzieren.

Elektronen[edit]

Röntgenstrahlen werden erzeugt, indem ein Material mit hoher Atomzahl mit Elektronen beschossen wird. Wenn das Ziel entfernt wird (und der Strahlstrom abnimmt), wird ein hochenergetischer Elektronenstrahl erhalten. Elektronenstrahlen sind zur Behandlung oberflächlicher Läsionen nützlich, da das Maximum der Dosisablagerung nahe der Oberfläche auftritt. Die Dosis nimmt dann mit der Tiefe schnell ab und schont das darunter liegende Gewebe. Elektronenstrahlen haben normalerweise Nennenergien im Bereich von 4–20 MeV. Je nach Energie ergibt sich ein Behandlungsbereich von ca. 1–5 cm (in wasseräquivalentem Gewebe). Energien über 18 MeV werden sehr selten genutzt. Obwohl das Röntgentarget im Elektronenmodus entfernt wird, muss der Strahl durch Sätze dünner Streufolien aufgefächert werden, um flache und symmetrische Dosisprofile im behandelten Gewebe zu erzielen.

Viele Linearbeschleuniger können sowohl Elektronen als auch Röntgenstrahlen erzeugen.

Hadron-Therapie[edit]

Bei der Hadronentherapie werden Protonen, Neutronen und schwerere Ionen (vollständig ionisierte Atomkerne) therapeutisch eingesetzt. Von diesen ist die Protonentherapie bei weitem die häufigste, wenn auch im Vergleich zu anderen Formen der externen Strahlentherapie recht seltene, da sie große und teure Geräte erfordert. Das Portal (der Teil, der sich um den Patienten dreht) ist mehrstöckig und ein Protonentherapiesystem kann (ab 2009) bis zu 150 Millionen US-Dollar kosten.^[3]

Mehrblattkollimator[edit]

Moderne Linearbeschleuniger sind mit Multileaf Collimators (MLCs) ausgestattet, die sich innerhalb des Strahlungsfeldes bewegen können, wenn sich das Linac-Portal dreht, und das Feld je nach Portalposition nach Bedarf blockieren. Diese Technologie ermöglicht Strahlentherapie-Behandlungsplanern eine große Flexibilität bei der Abschirmung gefährdeter Organe (OARS) und stellt gleichzeitig sicher, dass die vorgeschriebene Dosis an die Zielgruppe (n) abgegeben wird. Ein typischer mehrblättriger Kollimator besteht aus zwei Sätzen von 40 bis 80 Blättern mit einer Dicke von jeweils etwa 5 mm bis 10 mm und mehreren Zentimetern in den beiden anderen Dimensionen. Neuere MLCs haben jetzt bis zu 160 Blätter. Jedes Blatt in der MLC ist parallel zum Strahlungsfeld ausgerichtet und kann unabhängig bewegt werden, um einen Teil des Feldes zu blockieren. Dies ermöglicht es dem Dosimetriker, das Strahlungsfeld an die Form des Tumors anzupassen (durch Anpassen der Position der Blätter), wodurch die Menge an gesundem Gewebe, das der Strahlung ausgesetzt ist, minimiert wird. Bei älteren Linacs ohne MLCs muss dies manuell mit mehreren handgefertigten Blöcken durchgeführt werden.

Intensitätsmodulierte Strahlentherapie[edit]

Eine Teletherapie-Bestrahlungskapsel, die aus folgenden Bestandteilen besteht:
A.) ein Inhaber einer internationalen Standardquelle (normalerweise Blei),
B.) einen Sicherungsring und
C.) eine Teletherapie “Quelle” bestehend aus
D.) zwei verschachtelte Edelstahlkanister angeschweißt
E.) zwei Edelstahldeckel umgeben
F.) eine innere Schutzabschirmung (normalerweise Uranmetall oder eine Wolframlegierung) und
G.) ein Zylinder aus radioaktivem Ausgangsmaterial, oft, aber nicht immer, Kobalt-60. Der Durchmesser der “Quelle” beträgt 30 mm.

Die intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT) ist eine fortschrittliche Strahlentherapie-Technik, die verwendet wird, um die Menge an normalem Gewebe, das im Behandlungsfeld bestrahlt wird, zu minimieren. In einigen Systemen wird diese Intensitätsmodulation erreicht, indem die Blätter in der MLC während des Behandlungsverlaufs bewegt werden, wodurch ein Strahlungsfeld mit einer ungleichmäßigen (dh modulierten) Intensität geliefert wird. Mit IMRT können Radioonkologen den Strahlungsstrahl in viele “Beamlets” aufteilen. Dadurch können Radioonkologen die Intensität jedes Beamlets variieren. Mit IMRT können Ärzte häufig die Strahlenbelastung von gesundem Gewebe in der Nähe des Tumors weiter begrenzen. Ärzte haben festgestellt, dass dies ihnen manchmal ermöglichte, dem Tumor sicher eine höhere Strahlendosis zu verabreichen, was möglicherweise die Chance auf Heilung erhöht.^[4]

Volumetrische modulierte Lichtbogentherapie[edit]

Die volumetrisch modulierte Lichtbogentherapie (VMAT) ist eine Erweiterung der IMRT, bei der sich der Linearbeschleuniger zusätzlich zur MLC-Bewegung während der Behandlung um den Patienten bewegt. Dies bedeutet, dass Strahlung, die nicht nur durch eine kleine Anzahl fester Winkel in den Patienten eintritt, durch viele Winkel eintreten kann. Dies kann für einige Behandlungsstellen von Vorteil sein, an denen das Zielvolumen von einer Reihe von Organen umgeben ist, denen eine Strahlendosis erspart werden muss.^[5]

Abflachungsfilter frei[edit]

Die Intensität der in einem Megavolt-Linac erzeugten Röntgenstrahlen ist in der Mitte des Strahls im Vergleich zur Kante viel höher. Um dem entgegenzuwirken, wird ein Abflachungsfilter verwendet. Ein Abflachungsfilter ist ein Metallkegel (typischerweise Wolfram); Nachdem der Röntgenstrahl das Abflachungsfilter passiert hat, hat er ein gleichmäßigeres Profil, da das Abflachungsfilter so geformt ist, dass die Vorwärtsvorspannung im Impuls der auf ihn einfallenden Elektronen kompensiert wird. Dies vereinfacht die Behandlungsplanung, reduziert aber auch die Intensität des Strahls erheblich. Mit größerer Rechenleistung und effizienteren Behandlungsplanungsalgorithmen wird der Bedarf an einfacheren Behandlungsplanungstechniken (“Vorausplanung”, bei der der Planer den Linac direkt anweist, wie die vorgeschriebene Behandlung durchzuführen ist) verringert. Dies hat zu einem erhöhten Interesse an der Abflachung filterfreier Behandlungen (FFF) geführt.

Der Vorteil von FFF-Behandlungen ist die um den Faktor vier erhöhte maximale Dosisleistung, die kürzere Behandlungszeiten und eine geringere Auswirkung der Bewegung des Patienten auf die Abgabe der Behandlung ermöglicht. Dies macht FFF zu einem Bereich von besonderem Interesse für stereotaktische Behandlungen.^[6]

, wo die verkürzte Behandlungszeit die Bewegung der Patientin und die Brustbehandlung verringern kann,^[7] wo es das Potenzial gibt, die Atembewegung zu reduzieren.

Bildgesteuerte Strahlentherapie[edit]

Die bildgesteuerte Strahlentherapie (IGRT) erweitert die Strahlentherapie um Bildgebung, um die Genauigkeit und Präzision der Ziellokalisierung zu erhöhen und dadurch die Menge an gesundem Gewebe im Behandlungsfeld zu verringern. Je fortgeschrittener die Behandlungstechniken in Bezug auf die Genauigkeit der Dosisablagerung sind, desto höher werden die Anforderungen an die IGRT. Damit Patienten von ausgefeilten Behandlungstechniken wie IMRT- oder Hadronentherapie profitieren können, werden Patientenausrichtungsgenauigkeiten von 0,5 mm und weniger wünschenswert. Daher basieren neue Methoden wie die stereoskopische digitale Kilospannungsbildgebung auf der Überprüfung der Patientenposition (PPVS)^[8] Die Schätzung der Ausrichtung auf der Grundlage der In-situ-Kegelstrahl-Computertomographie (CT) bereichert die Bandbreite moderner IGRT-Ansätze.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Allgemeine Hinweise[edit]