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Moderne Strahlentherapie – Entwicklungen und Herausforderungen

Die Tumortherapie mit Hilfe der externen Bestrahlung ist seit ihrer Anfangszeit ein Gebiet welches sehr stark von physikalischen und technologischen Entwicklungen getrieben wurde. Diese Entwicklung begann bereits mit der Entdeckung der Röntgenstrahlen 1896 und konzentrierte sich im ganzen letzten Jahrhundert auf die Entwicklung von Methoden welche eine bessere Anpassung des Hochdosisbereiches an das Tumorvolumen erlauben. Diese führte gegen Mitte des letzten Jahrhunderts zur Kobalttherapie und weiter zu modernen Elektronenlinearbeschleunigern. Diese Entwicklung hin zu einer höheren Dosis in tiefliegenden Tumoren sowie einer besseren Schonung des gesunden Gewebes führten bereits vor 60 Jahren auch zur ersten Anwendung von Ionenstrahlen für die Tumortherapie.

Beide Therapieformen wurden in den letzten Jahrzehnten technisch immer weiter entwickelt, so das heute die Strahlentherapie mit hochenergetischen Röntgenstrahlen etwa durch Roboter-gestützte Kurzbandlinacs und Rotationsverfahren erfolgen kann. Mit der Entwicklung von magnetischen Scanner-Systemen zur Applikation von Ionenstrahlen wurden Systeme etabliert, welche eine bisher unerreichte Dosiskonformation selbst an komplex geformten Tumorvolumina erzielen. Diese Verfahren sind wiederum auf immer bessere Algorithmen zur Dosisberechnung, wie etwa Monte Carlo Verfahren, immer flexiblere Methoden der Dosisoptimierung (wie z.B. in der Intensitätsmodulierten Strahlentherapie) und immer genauere Bildgebung des Anatomie des Patienten angewiesen.

Der nächste Schritt in der Anpassung der Dosis an das Tumorvolumen ist daher die bildgeführte und adaptive Strahlentherapie, deren Ziel es ist, die Organbewegungen und aktuellen anatomischen Verhältnisse bei jeder einzelnen Bestrahlungssitzung zu berücksichtigen. Da es sich hier um eine Anpassung an zeitlich veränderbare Situationen handelt, wird auch häufig der Begriff der 4D-Strahlentherapie gebraucht. Dies wird bereits heute mithilfe von MV- und kV-Bildgebungssystemen im Behandlungsraum angestrebt, welche eine CT-Bildgebung mit Kegelstrahlen ermöglichen (Cone beam CT oder CBCT). Da einerseits die Bildqualität der CBCT begrenzt ist und zudem eine zusätzliche Dosisbelastung in Kauf genommen werden muss, wird derzeit an der Integration von Bestrahlungseinheiten mit MR-Tomographen gearbeitet. Diese ermöglicht es prinzipiell den Patienten direkt unter Sicht, d.h. in Echtzeit zu behandeln. Aufgrund der wechselseitigen Beeinflussung von MR und Linac stellt dies aber eine enorme technische Herausforderung dar. Seit Ende 2014 existiert bereits ein Hybridgerät, welches statt einem Linac drei Kobaltquellen verwendet und so einen Teil der Probleme umgeht. Es bleiben jedoch noch eine Reihe weiterer Herausforderungen, wie z.B. die Dosisberechnung (Berücksichtigung gekrümmter Trajektorien der sekundären Elektronen), die Dosimetrie im Magnetfeld, echtzeitfähige Bilderfassung, Bildverarbeitung und Therapieplanung und schließlich die Entwicklung geeigneter Phantome und Maßnahmen für die Qualitätssicherung um die zusätzliche Bildinformation direkt in eine Adaption der Therapie umzusetzen.

Neben der Erfassung rein morphologischer Bilder ermöglicht die MR aber auch die Erfassung physiologischer Parameter (Perfusion, Diffusion, Metabolismus), so dass weitere biologische Parameter zur Optimierung der Strahlentherapie zur Verfügung stehen.

Die Strahlentherapie hat daher auch 100 Jahre nach ihrer klinischen Etablierung noch ein erhebliches Entwicklungspotential, welches jedoch stark interdisziplinär ausgerichtete Forschungsanstrengungen erfordert.