Medizin
Radioonkologie: Eine neue Dimension
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Die bildgestützte Bestrahlung verbessert herkömmliche Radiotherapieverfahren deutlich.
Zusammenfassung
Die bildgestützte Strahlentherapie (IGRT) ist mit Hilfe von Ultraschall, 2-D-Röntgenbildgebung oder integrierter Computertomographie möglich. Sie erlaubt die sofortige Korrektur von Abweichungen der Positionierung und erhöht somit die Präzision der täglichen Bestrahlungsfraktionen. Zudem kann man auf Lage- und Füllungsvariationen von Organen direkt reagieren. Die IGRT kann die Sicherheit herkömmlicher Radiotherapieverfahren verbessern. Zudem wird die genaue Anwendung von Spezialbestrahlungstechniken mit knappen Sicherheitssäumen zu strahlenempfindlichen Organen gewährleistet. Die IGRT sollte eingesetzt werden bei steilen Dosisgradienten zu eng benachbarten Risikostrukturen, hochkonformalen Dosisverteilungen im Gastrointestinalbereich zur Detektion von Füllungsvariationen, Dosiseskalation mittels Hochpräzisionstechniken zur Senkung der Gefahr des „geographic miss” oder Immobilisationsschwierigkeiten bei Schmerz oder Platzangst.
Summary
The image-guided radiotherapy (IGRT) can be performed with the aid of ultrasound, 2D X-ray devices, and computed tomography. It enables instant correction for positioning deviations and thereby improves the precision of daily radiotherapy fractions. It also enables immediate adjustment for changes in the position and filling status of the internal organs.
IGRT is more precise and thus potentially safer than conventional radiotherapy. It also enables the application of special radiotherapeutic techniques with narrow safety margins in the vicinity of radiosensitive organs. IGRT should be used for steep dose gradients near organs at risk, for highly conformal dose distributions in the gastrointestinal tract where adjustment for filling variations is needed, for high-precision dose escalation to avoid geographic miss, and for patients who cannot lie perfectly still because of pain or claustrophobia.
Eine hochwertige Bildgebung mittels Ultraschall, Computertomographie (CT), Magnetresonanztomographie (MRT) oder Positronenemissionstomographie(PET)-CT ist essenziell in Diagnostik und Planung einer Strahlentherapie. Ein lokales Therapieverfahren wie die Radiotherapie steht und fällt mit der Präzision des bildgebenden Verfahrens, durch das die Definition des zu bestrahlenden Gewebes erfolgt. Nur so kann sichergestellt werden, dass abhängig von einer exakten Ausbreitungsdiagnostik (Staging) eines Tumors und der individuellen Konstellation des Patienten alle Tumorareale erfasst und gesundes Gewebe zuverlässig geschont werden können. Dies ist die Basis für einen Therapieerfolg mit möglichst geringer Nebenwirkungsrate.
Technische Neuerungen haben nun die Integration verschiedener Bildgebungsmodalitäten direkt am Bestrahlungsgerät ermöglicht. Bisher erfolgt eine Schnittbildgebung zu Beginn, das heißt zur Planung einer Behandlung. Die folgenden Therapiefraktionen werden hierauf basierend geplant, und die tägliche Einstellung der Behandlung wird durch Markierungen auf der Haut oder auf Fixierungshilfen wie Masken oder Vakuummatratzen reproduziert. Dies kann durch spezielle Kontrollaufnahmen mittels Röntgenfilmen oder Digitalaufnahmen kontrolliert werden und somit eine Reproduzierbarkeit innerhalb gewisser Toleranzen gewährleisten. Je nach Immobilisationsmethode und den damit verbundenen Lagerungsvariationen können Positionierungsabweichungen von mehreren Millimetern auftreten. Für viele Behandlungskonzepte kann dies durch die Wahl adäquater Sicherheitsabstände in der Planung einer Radiotherapie berücksichtigt und damit die verlässliche Abdeckung eines Zielvolumens sichergestellt werden.
Die direkte Integration einer Bildgebung am Bestrahlungsgerät erlaubt nun die tägliche Kontrolle von Lagerungsgenauigkeit, Tumorposition und möglichen Veränderungen der Patientenanatomie, wie zum Beispiel einer Tumorschrumpfung oder der Öffnung einer Atelektase. Somit kann man direkt auf Veränderungen gegenüber der initialen Planungsbildgebung reagieren. Positionierungsungenauigkeiten können sofort korrigiert werden, und anatomische Änderungen, die eine Modifikation der Bestrahlung erfordern, können frühzeitig erfasst und nötige Konsequenzen können zeitnah eingeleitet werden. Die Radioonkologie wurde so durch die bildgestützte Bestrahlung („image-guided radiotherapy“, IGRT) in ihren Möglichkeiten erweitert. Gerade während Therapien über mehrere Wochen können erhebliche Veränderungen auftreten, bei denen ein unmodifiziertes Weiterbehandeln auf Basis der initialen Bildgebung unter Umständen große Abweichungen in der Dosisverteilung, Tumorkontrolle und Nebenwirkungswahrscheinlichkeit haben kann.
Interfraktionelle Variationen
Moderne Bestrahlungsverfahren erlauben individuelle Dosisgradienten von wenigen Millimetern. Mit dieser Präzision lassen sich im Computer auf einer statischen Planungsuntersuchung hochexakte Bestrahlungspläne berechnen. Doch in der Realität werden keine statischen Computertomographien behandelt, sondern Patienten mit einigen Variablen. Die Gesamtheit aller Veränderungen und Abweichungen, die zwischen den einzelnen Behandlungssitzungen (Fraktionen) auftreten können, bezeichnet man als interfraktionelle Variationen.
Der erste wesentliche Faktor ist die Positionierung. Die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit hängen stark von der anatomischen Region und der Positionierungshilfe ab. Es werden unterschiedliche Systeme eingesetzt, die eine Repositionierung exakt wie unter Planungsbedingungen ermöglichen. Trotz dieser Immobilisation mit Hilfe von Masken, Schulterfixationen, Armlagerungsschalen oder Vakuummatratzen kann zum Teil eine erhebliche Variation von mehr als 10 mm zwischen den einzelnen Fraktionen bestehen (Abbildung 1). Schließlich werden bei all diesen Verfahren Oberflächenmarkierungen verwendet. Die tatsächliche Positionierung in der Tiefe, zum Beispiel eines Lungentumors oder eines abdominalen Organs, kann sich jedoch deutlich anders zeigen.
Organbeweglichkeit
Die Beweglichkeit der inneren Organe kommt als weitere Variable hinzu. Auch bei perfekter Lagerung von knöchernen Strukturen kann beispielsweise die Niere eine erhebliche Lagevariabilität von mehreren Zentimetern aufweisen. So ist eine ventrale Verlagerung möglich, was bei der Radiotherapie paraaortaler Lymphknoten eine Schädigung der Niere verursachen kann (Abbildung 2).
Bei der Radiotherapie der Prostata können Füllungsdifferenzen des Rektums erhebliche Auswirkungen auf die Bestrahlungsdosis der Prostata beziehungsweise die Belastung für das Rektum haben. Bei Prostatakarzinomen der höheren Risikogruppen (Risikoklassifikation nach TNM-System, PSA-Wert, Gleason-Score) wird eine Erhöhung der Therapiedosis bis 80 Gy und teilweise darüber angestrebt – man spricht von einer Dosiseskalation. Um die akute und chronische gastrointestinale Toxizität zu senken, wird mit Techniken wie der intensitätsmodulierten Strahlentherapie (IMRT) eine Schonung des Rektums erreicht. Bei übermäßiger Füllung des Rektums kann eine deutlich erhöhte Belastung der Rektumvorderwand resultieren, da das Rektum in die Hochdosisregion vorverlagert wird (Abbildung 3). Die Bildsteuerung ermöglicht, dies bereits auf dem Bestrahlungstisch zu erkennen und die Bestrahlung erst unter optimalen Bedingungen etwas später durchzuführen.
Intrafraktionelle Bewegung
Sind die interfraktionellen Variationen erkannt und behoben beziehungsweise wurde der Bestrahlungsplan auf geänderte anatomische Verhältnisse adaptiert, kann die Behandlung mit verbesserter Präzision erfolgen. Es bleibt jedoch die Unsicherheit aller Veränderungen, die innerhalb der Bestrahlungssitzung selbst auftreten können, was man als intrafraktionelle Variation bezeichnet. Da es sich hierbei hauptsächlich um Bewegungsphänomene handelt, wird oft direkt von der intrafraktionellen Bewegung gesprochen.
● Erster Faktor ist die Bewegung des Patienten selbst, die durch eine intensive Aufklärung sowie eine geeignete Immobilisation verhindert beziehungsweise minimiert werden muss.
● Zweiter Faktor ist die Atembewegung, die sich vor allem auf die Lage von Tumoren der Lunge und der Leber auswirkt.
Um allen Unsicherheitsfaktoren Rechnung zu tragen, kann nun eine Bildgebung direkt am Bestrahlungsgerät die zuvor beschriebenen Veränderungen sichtbar machen, und diese können direkt korrigiert werden). Es gibt verschiedene technische Lösungen, die einzelnen Verfahren der Bildgebung zu integrieren.
Teil der klinischen Strahlentherapie
Die bildgeführte Strahlentherapie ist aufwendig. Sie benötigt spezielle technische Ausstattungen und stellt eine Herausforderung für Finanz- und Arbeitskraftressourcen dar. Der bisherige Standard besteht darin, die auftretenden Variationen auf ein möglichst niedriges Maß zu reduzieren und diese mit geeigneten Sicherheitssäumen miteinzuberechnen. Unter Verwendung geeigneter Zielverfahren wie der Stereotaxie und durch Anfertigung von Kontrollaufnahmen in Form von 2-D-Röntgenbildern oder Computertomogrammen kann eine Therapie zusätzlich überwacht werden. Die tägliche Bildsteuerung direkt am Bestrahlungsgerät inklusive der sofortigen Korrektur hingegen ist deutlich aufwendiger, sowohl bezüglich der Anschaffungs- und Wartungskosten der Geräte als auch im Hinblick auf die benötigte Zeit der Durchführung, Ausbildung des Personals und Qualitätssicherung.
Resümee
Die bildgesteuerte Strahlentherapie kann herkömmliche Radiotherapieverfahren durch eine Erhöhung der Präzision sicherer machen. Außerdem wird die genaue Anwendung von Spezialbestrahlungstechniken mit knappen Sicherheitssäumen zu strahlenempfindlichen Organen gewährleistet. Eine ausgewogene Patientenselektion unter Berücksichtigung von Behandlungsziel, Plancharakteristik und maßvollem Einsatz der technischen Ressourcen ist sehr bedeutsam. Die IGRT sollte verwendet werden bei:
● steilen Dosisgradienten zu eng benachbarten Risikostrukturen
● hochkonformalen Dosisverteilungen im Gastrointestinalbereich zur Detektion von Füllungsvariationen
● Dosiseskalation mittels Hochpräzisionstechniken zur Senkung der Gefahr des „geographic miss“
● Immobilisationsschwierigkeiten bei Schmerz oder Platzangst.
Anschrift für die Verfasser
Dr. med. Florian Sterzing, Klinik für Radioonkologie und Strahlentherapie in der Kopfklinik des Universitätsklinikums Heidelberg, E-Mail: Florian.Sterzing@med.uni-heidelberg.de
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