Linearbeschleuniger

Der Linearbeschleuniger (LINAC) ist bereits seit mehr als 50 Jahren im Einsatz. Das Grundprinzip hat sich dabei nicht verändert. Elektronen werden in elektromagnetischen Feld, in welchem eine Spannung von mehreren Megavolt aufgebaut wird, beschleunigt und anschliessend entweder direkt zur Therapie verwendet (vor allem bei oberflächlichen Tumoren) oder in Photonen (reine Energiequanten) umgewandelt. Diese äusserst energiereichen Photonen durchdringen den Körper und geben abhängig vom durchstrahlten Gewebe Energie ab. Mit einem modernen Linearbeschleuniger kann somit jede Stelle im Körper bestrahlt werden.

Entwicklung durch Fortschritt

Seit den späten 70er Jahren hat sich die Strahlentherapie vor allem durch Entwicklungen in der Computertechnologie weiterentwickelt. Die Linearbeschleuniger sind zwar in ihrer Grundtechnologie gleich geblieben, die Planungsmöglichkeiten und die Genauigkeit der Bestrahlung haben aber nochmals zugenommen. Dank dem Einsatz der Computertomographie wurde es möglich, Tumoren im Körperinnern darzustellen. Die zu bestrahlenden Regionen können auf den CT-Schichten eingezeichnet und der Tumor so als dreidimensionales Gebiet erfasst werden.

Schonende Bestrahlung

Vom Planungscomputer wird dies in dreidimensionalem Volumen dargestellt, was wiederum die Grundlage für den vom Medizinphysiker zu erstellenden Bestrahlungsplan bildet. Meistens wird das Tumorvolumen mit einem definierten Sicherheitsabstand von verschiedenen Seiten ins «Kreuzfeuer» genommen, wobei darauf geachtet wird, dass die Risikoorgane möglichst in den Feldanordnungen ausgespart werden. Die Felder sind nicht mehr rechteckig, sondern werden mittels Ausblockungen dem definierten Bestrahlungsvolumen angepasst. Ziel jeder radioonkologischen Behandlung ist es, die Tumorregion mit einer möglichst hohen Bestrahlungsdosis zu belasten und gleichzeitig die Risikoorgane möglichst weitgehend zu schonen. Die Wahrscheinlichkeit, einen Tumor sterilisieren zu können, hängt neben der Grösse und der Histologie vor allem auch von der applizierten Bestrahlungsdosis ab. Die Wahrscheinlichkeit, Nebenwirkungen zu erleiden, hängt hingegen von der Belastung des normalen, gesunden Gewebes ab. Seit wenigen Jahren kann zudem die Intensität des Photonenflusses innerhalb der Felder gesteuert und moduliert werden (intensity modulated radiotherapy, IMRT). Damit können der Hochdosisbereich noch besser dem definierten Tumorvolumen angepasst und Risikoorgane geschont werden.

Je genauer, desto weniger Nebenwirkungen

All diese neuen Technologien bedingen aber, dass die Bestrahlungen immer unter genau gleichen Bedingungen durchgeführt werden. Die Geometrie des Linearbeschleunigers ist starr, die Dosisberechnungen basieren auf der Annahme, dass immer die genau gleichen, mithilfe der Planungscomputertomographie dargestellten Verhältnisse vorliegen. Weichen diese von der Realität ab, wird eventuell die Tumorregion zu wenig oder ein Risikoorgan zu hoch belastet. Liegt der Patient 1 bis 2 cm in einer anderen Position als ursprünglich geplant, wird auch um diese Distanz «daneben» bestrahlt. Diese Ungenauigkeit muss abgeschätzt und ins Behandlungskonzept miteinbezogen werden. Bei der Planung wird um das zu behandelnde Tumorvolumen ein Sicherheitsabstand gelegt, um eine möglichst umfassende Bestrahlung während aller Fraktionen zu gewährleisten. Der Nachteil dieses Konzeptes ist eine signifikante Erhöhung des Bestrahlungsvolumens, verbunden mit entsprechenden Nebenwirkungen. Denn je genauer eine Bestrahlung durchgeführt werden kann, desto kleiner fällt dieser Sicherheitsabstand aus und umso kleiner wird das Behandlungsvolumen.

On-Board-Imaging

Zusätzlich zu den beschriebenen Lagerungshilfen gibt es neue Möglichkeiten, die Genauigkeit der Patientenposition mittels eines Positionierungs-Kontrollsystems zu prüfen und vor allem zu verbessern. Damit können vor der Bestrahlung zwei kurze Durchleuchtungen in verschiedenen Richtungen gemacht werden. Diese Bilder, welche die aktuelle Lagerung des Patienten zeigen, werden dann mit einer digitalen Rekonstruktion des Planungs-CTs verglichen. Die Bilder der aktuellen Aufnahme und des Planungs-CTs werden fusioniert und Abweichungen der aktuellen Bestrahlungsposition von der ursprünglich geplanten können direkt bestimmt werden. Anschliessend wird der Bestrahlungstisch um diese Abweichungen nachjustiert. Damit wird die Gewissheit erzielt, dass Patienten täglich genau in der ursprünglich geplanten Position behandelt werden. Dieses System wird bei uns routinemässig vor jeder Bestrahlungssitzung eingesetzt. Unsere langjährige Erfahrung hat gezeigt, dass das Handling einfach ist und die Dauer der täglichen Fraktionen nur um etwa 1 Minute verlängert wird. Die Genauigkeit der täglichen Bestrahlung kann stark verbessert werden, sodass sie nun tatsächlich im angestrebten Millimeterbereich zu liegen kommt. Für die Institute für Radiotherapie und das gesamte Behandlungsteam ist eine Bestrahlung ohne dieses System beinahe undenkbar geworden.

Ausgleich der Atembewegung

Ganz neu ist, dass zusätzlich die Bestrahlung mit der Atembewegung des Patienten synchronisiert werden kann (Respiratory Gating). Wichtig ist dies bei Tumoren, die sich – bedingt durch die Ein- und Ausatmung – in der Lage verschieben. Wir wenden diese Technik beispielsweise bei Frauen mit linksseitigem Brustkrebs an. Es ist bekannt, dass sich das Herzinfarktrisiko für Brustkrebspatientinnen 10 bis 20 Jahre nach der Bestrahlung erhöht. Ursache dafür könnte die Mitbestrahlung der Herzvorderwand sein. Wird ausschliesslich in der maximalen Einatmungsphase bestrahlt, verlagert sich das Herz durch das vergrösserte Lungenvolumen weiter weg von der Brust und kann somit besser geschont werden.

Mittlerweile hat sich gezeigt, dass durch die atemsynchronisierte Bestrahlung die Strahlendosis an der Herzvorderwand signifikant (d.h. von durchschnittlich über 40 Gy auf unter 10 Gy) reduziert werden kann.

Die meisten Patienten werden auch heute noch mit dem Linearbeschleuniger bestrahlt.

Die Vorteile des Linearbeschleunigers

Dessen Hauptvorteil ist, dass damit auch grössere Volumina eingeschlossen und behandelt werden können. Ein bösartiger Tumor wird Krebs genannt, weil Tumorzellen von der Hauptmasse (Knoten, den man spürt oder im CT/MRI sieht) wie Krebsfüsschen in die Umgebung vorwachsen. Des Weiteren haben sie die Eigenschaft, in Gefässe zu penetrieren und zum Beispiel innerhalb von Lymphgefässen weiterzuwachsen. So werden Lymphknoten in der Umgebung des Tumors mitbetroffen.

Da eine Heilung nur möglich ist, wenn alle Tumorzellen im Körper zerstört werden, muss häufig wesentlich mehr als nur der sichtbare Knoten behandelt werden. Dann ist der Linearbeschleuniger allen anderen Bestrahlungsgeräten überlegen.

Die entscheidenden Vorteile sind daher:

• Zielgenaue Bestrahlung auch grösserer Volumina
• Jahrelange Erfahrung
• Kombination mit anderen Therapieformen, wie Chemotherapie (Vorteile bei gewissen Tumoren mittlerweile unbestritten)

Unsere Institute sind mit Linearbeschleunigern der neusten Generation ausgestattet. Das Hightechgerät erlaubt neben konventioneller Bestrahlung auch stereotaktische Radiotherapie mit einer Genauigkeit von unter einem Millimeter, so dass auch Tumoren, die nahe an kritischen Bereichen liegen, äusserst präzise bestrahlt werden können. Dank der unglaublichen Präzision können bei der Bestrahlung höhere Einzeldosen verabreicht werden, gleichzeitig lässt sich deren Anzahl aber insgesamt reduzieren. Aufgrund der hohen Dosisleistung kann überdies die Behandlungszeit bei von einer Stunde auf 10 bis 20 Minuten reduziert werden.

Das Gerät erfasst auch durch die Atmung verursachte Bewegungen und ermöglicht mit einer sogenannten Atemtriggerung, die Bestrahlung nur in genau definierten Atemphasen vorzunehmen, wodurch die Schädigung von gesundem Gewebe reduziert wird.