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1 Tomotherapie: te=kliniken&phpsessid=18db32c79fe0c e42eeeb2e49 Das Tomotherapie HI-ART-System - die Zukunft der Strahlentherapie Mit der Tomotherapie (Abb. 1) wird eine neue Ära in der Strahlentherapie eingeleitet. Das innovative HI-ART System ("highly integrated adaptive radiotherapy") kombiniert CT und Beschleunigertechnik in einem Gerät und erlaubt auf diese Weise eine neue Qualität der konformalen Strahlentherapie. Es bietet eine bisher nicht erreichte Flexibilität für die räumliche Dosisanpassung und darüber hinaus eine hervorragende Basis für die "image guided radiotherapy". Durch die extrem schnelle Bewegung der Lamellen des integrierten Multileafkollimators (50 ms) ist zukünftig sicher auch eine dynamische adaptive Radiotherapie möglich. Abb. 1: HI-ART-Tomotherapiegerät mit Dosisverteilungen für zwei getrennte Zielvolumina (rechts) und Knochenmarkbestrahlung (links). Vor jeder Bestrahlung können mit dem integrierten CT-Scanner die Lagerung des Patienten und die Lage der Zielvolumina und Risikoorgane sehr einfach überprüft werden. Ein bewegliches 4-Achsen-Lasersystem unterstützt notwendige Lagerungskorrekturen. Die anschließende Bestrahlung erfolgt wie der CT-Scan in Spiralbahnen, wobei die Dosismodulation des Fächerstrahls durch einen integrierten binären Multileafkollimator (64 Leafs, je 0,61 cm breit, 50 ms Reaktionszeit, <0,5 % Leakage) realisiert wird. So

2 können auch sehr irreguläre Zielvolumina mit Durchmessern von bis zu 40 cm hoch konformal bestrahlt werden. Die Feldlänge wird ausschließlich durch die Tischlängsbewegung begrenzt und kann somit bis zu 160 cm betragen. Mit dem HI-ART-Tomotherapiesystem sind bislang nicht realisierbare Dosisverteilungen ohne das Ansetzen von Feldern möglich. Höchste Konformität kann ohne Keilfilter, ohne Kompensatoren, ohne Kollimatordrehung, ohne Tischdrehung und ohne Elektronen erreicht werden. ZNS- oder Knochenmarkbestrahlungen wie auch Bestrahlungen von mehreren unabhängigen Zielvolumina können problemlos und einfach ohne neue Positionierung des Patienten realisiert werden. Die Tomotherapie-Technik Die kompakte rotierende Gantry enthält einen 6 MV-Linearbeschleuniger und ein CT- Detektorsystem, mit dem die Aufnahmen für die Lagerungskontrolle gewonnen werden (Abb.2). Durch die Verwendung der 6 MV-Strahlung für die Bildgebung werden die sonst üblichen Artefakte durch Implantate oder Zahnfüllungen vermieden. Die große Gantryöffnung von 85 cm erlaubt eine flexible Positionierung des Patienten. Abb. 2: Aufbau der Gantry des Tomotherapiegerätes. CT-Aufnahmen und die Bestrahlungen erfolgen in Spiralbahnen, deren Steigung durch den Tischvorschub und die Gantry-Rotationsgeschwindigkeit bestimmt wird. Der Therapiestrahl kann durch einen Schlitzkollimator in seiner Länge zwischen 0,5 und 5 cm variiert und durch einen binären Multileaf-Kollimator (0,61 cm Leafbreite) über eine Breite von 40 cm moduliert werden. Da die Leafs pneumatisch bewegt werden, benötigen sie nur 50 ms zum Ein- und Ausfahren. Damit ist eine hervorragende Dosismodulation während der Gantry-Rotation möglich. Durch die niedrige Leckstrahlung der MLC's von nur 0,2 % außerhalb und 0,5 % innerhalb des Bestrahlungsfeldes wird die

3 Ganzkörperdosisbelastung der Patienten sehr niedrig gehalten, niedriger als bei der IMRT mit herkömmlichen Linearbeschleunigern. Eine Überlappung der Spiralbahnen während der Bestrahlung (Pitch) gewährleistet eine homogene Dosisverteilung. Der Pitch wird während der Bestrahlungsplanung in Abhängigkeit von der Fraktionsdosis und der Spaltlänge bestimmt. Der Tomotherapie-Prozess Abb. 3: Der Tomotherapie-Behandlungsprozess. Das HI-ART-Tomotherapie-System ist ein Komplettsystem, das die Bestrahlungsplanung, CT-Bildgebung, Bestrahlungsüberwachung und Protokollierung sowie ein bewegliches 4- Achsen-Lasersystem umfasst. Alle Daten werden in einer gemeinsamen Datenbank gespeichert, in die über entsprechende Interfaces Daten importiert und exportiert werden können. Die CT-Studien für die Bestrahlungsplanung mit bereits konturierten Zielvolumina und Risikoorganen werden über ein Dicom-RT-Interface importiert (Abb.3). Diese können im HI-ART-System - falls erforderlich - modifiziert werden und dienen als Basis für die Optimierung und Dosisberechnung. Nach Eingabe von Dosis-Volumen-Vorgaben wird die automatische Optimierung gestartet, deren Fortschritt in Form eines Dosis-Volumen- Histogramms ständig angezeigt wird. Die Dosisberechnung selbst erfolgt mit einem collapsed cone convolution superposition Algorithmus. Nach Ermessen können vor jeder Fraktion CT-Aufnahmen zur Lagerungskontrolle durchgeführt und automatisch oder manuell mit dem Planungs-CT fusioniert werden. Die

4 errechnete Verschiebung des Patienten wird zum einen über die Tischhöhe automatisch durchgeführt und zum anderen über das 4-Achsen-Lasersystem markiert Abb. 4). Das HI- ART-System gestattet durch die CT-Funktionalität des Therapiestrahls die real time- Überwachung der Lagerung und Einstellung des Patienten und die Kontrolle der interfraktionellen Organ- und Tumorbeweglichkeit. Abb. 4: Bildfusion von Planungs- und Tomo-CT, automatische oder manuelle Berechnung der Abweichung zwischen beiden Datensätzen und Korrektur der Abweichung über die Tischkoordinaten. In Zukunft wird über das CT-Aufnahmesystem eine genaue Dosisprotokollierung für jede Bestrahlungsfraktion möglich sein und die tatsächlich applizierte Organdosis sich rekonstruieren lassen. Notwendige Anpassungen des Bestrahlungsplans können somit rechtzeitig eingeleitet werden. Vorteile des HI-ART-Tomotherapie-Systems

5 Das HI-ART-Tomotherapie-System ist ein neues und zukunftsweisendes Konzept für die adaptive konformale Strahlentherapie. Es zeichnet sich durch folgende Vorteile aus: * Unerreichte geometrische Präzision: * Ring-Gantry, Isozentrumsgenauigkeit <0,5 mm, * sehr genaue Tischsteuerung (Tischplattenneigung wird rechnerisch berücksichtigt), * binärer MLC (Leafbreite 0,61 cm, <0,5 % Leakage, 50 ms Reaktionszeit), * Flexibilität: * Bestrahlungsvolumina von 1 cm Æ x 0,5 cm bis 40 cm Æ x 160 cm, * mehrere isolierte oder verbundene Zielvolumina, * Ganzkörperbestrahlung, * Bestrahlung der Neuroachse, * Einfache Planung: * Konturierung mit Standardsoftware (Pinnacle), * automatische Optimierung, * Image guidance: * Integration mit Bestrahlungsplanung, * keine Artefakte durch MV-CT, * Lagerungskorrekturen teilweise rechnerisch, * bewegliche Laser, * Image guided radiotherapy durch integriertes CT in hervorragender Weise bereits möglich, dynamische adaptive Radiotherapie in naher Zukunft zu erwarten (Softwareentwicklung). Durch die Kombination von IMRT (Intensitätsmodulierte Radiotherapie), IGRT (Image guided Radiotherapy) und/oder DART (Dynamic adaptive Radiotherpy) wird es in Zukunft möglich sein, die Einstellungsungenauigkeit von Tag zu Tag, die interfraktionelle und intrafraktionelle Organbeweglichkeit und auch die Deformation des Targets über längere Zeiträume zu berücksichtigen und eine vollkommene Konformität der Dosisverteilung zu erreichen. Hierdurch ist eine sichere Dosiseskalation im Tumor bei gleichzeitiger maximaler Entlastung der umliegenden Risikoorgane möglich. Dies erhöht die Elektivität der Radiotherapie, steigert die Tumorkontrollwahrscheinlichkeit (TCP), senkt die Nebenwirkungswahrscheinlichkeit am Normalgewebe (NTCP) und führt letztlich zu dem angestrebten Ziel der "unkomplizierten Heilung" ("uncomplicated cure").

6 News 06/2007: Tomotherapie am Klinikum rechts der Isar Die Strahlentherapie am Klinikum rechts der Isar der TU München kann ihren Patienten mit der so genannten Tomotherapie eine neue Behandlungsmethode bei Augentumoren und anderen Krebserkrankungen anbieten. Das rund 3,5 Millionen Euro teure Tomotherapiegerät wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. Neben dem Münchner Klinikum sollen drei weitere deutsche Universitätskliniken die neue Methode wissenschaftlich untersuchen und weiterentwickeln, so das Klinikum. Bislang ist die Tomotherapie nur an wenigen Zentren und Kliniken weltweit verfügbar. Die Strahlentherapie habe einen ganz wesentlichen Anteil an den Heilungserfolgen bei Krebs und werde bei mehr als 60 Prozent der Krebspatienten in frühen Tumorstadien mit dem Ziel einer definitiven Beseitigung der Krebserkrankung eingesetzt. Wie die Chirurgie und Chemotherapie stehe auch die Strahlentherapie vor der Aufgabe, die Gefahr von Nebenwirkungen möglichst gering zu halten. Hierzu seien aufwändige Planungen der Therapie und ein Höchstmaß an Präzision bei der Durchführung der Strahlenbehandlung erforderlich. Durch die Einführung modernster Bestrahlungskonzepte und Technologien ließe sich dieses erreichen. Prof. Dr. Michael Molls, Direktor der Klinik für Strahlentherapie, erläutert die Vorteile der neuen Methode: "Bei der Tomotherapie steht uns eine ideale Kombination aus zwei Geräten in einem zur Verfügung: Die Bestrahlung selbst erfolgt wie bei den gängigen Linearbeschleunigern mit Photonen. Zusätzlich verfügt das Gerät über die Möglichkeiten der Computertomographie. Vor jeder einzelnen Bestrahlung kann so die Lage des Tumors kontrolliert und auf Veränderungen sofort reagiert werden. Die Verteilung der Strahlendosis im Patienten passt sich durch entsprechend flexible Strahlführung optimal den Formen und Ausdehnungen des zu bestrahlenden Tumors an. Auch innerhalb des bestrahlten Gebiets ist die Stärke der Bestrahlung beliebig dosierbar. So können wir die gesunden Gewebe noch besser als bisher schonen. Wir gehen davon aus, dass künftig nur noch weniger als 2 Prozent der Patienten unter beeinträchtigenden, dauerhaften Nebenwirkungen zu leiden haben. Von der neuen Technik werden daher vor allem Patienten mit Lungen-, Brust- und Prostatakrebs sowie Kopf-Hals-Tumoren profitieren,

7 die bisher häufiger unter starken Nebenwirkungen zu leiden hatten. Auch die Heilungsaussichten werden durch die effizientere Tomotherapie weiter steigen.