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27. Mai 2013 Strahlentherapie Dr. med. Monika Hänggi, MBA Radioonkologin FMH Leiterin Medizincontrolling KSBL Bruderholz
Inhaltsverzeichnis 1. Strahlenphysik 2. Strahlenbiologie 3. 4. 5. Strahlenpathologie Gerätekunde / Bestrahlungstechniken / Hilfsmittel Ablauf einer Strahlentherapie 27.05.2013 SCMC: Strahlentherapie 3
Geschichte der Strahlentherapie 1901 Erstes Messinstrument für die Strahlendosis Ab 1904 Verfeinerung der Bestrahlungstechniken 1896 Wilhelm Conrad Röntgen entdeckt die Röntgenstrahlen (X-Strahlen) 1896 Leopold Freund (Österreich) führt die erste Bestrahlung eines Naevus durch. Publikation des ersten Lehrbuches 1903. 1899 Sjögren und Sederholm führen die erste Bestrahlung an einem HNO-Karzinom durch. 1948 Erster Linearbeschleuniger (1.5MeV) in Stanford gebaut. 1951 Leksell (Schweden) entwickelt die Radiochirurgie 1976 Einführung der SI-Einheit Gray 1991 Eigenständiges med. Fach mit Facharztausbildung in CH
Strahlentherapie heute Ca. 50% der Karzinompatienten benötigen eine Bestrahlung -Meistens kurative RT mit dem Ziel der Heilung -Adjuvante RT nach einer Operation -Neoadjuvant RT zur Verkleinerung des Tumors vor einer Operation -Palliativ zur Linderung von Beschwerden bei Metastasen oder Tumorverdrängung -Aber auch Bestrahlung von benignen Erkrankungen (z.b.tennisellenbogen, Arthrose, Fersensporn, Basaliom)
1. Strahlenphysik
Wechselwirkungsprozess bei Photonen-Strahlung Das einfallende Photon wird an einem Elektron gestreut -> gestreute Teilchen erzeugen biochemische und biologische Reaktionen, -> Je höher die Energie des Primärphotons, desto weiter werden Photonen vorwärts gestreut -> Behandlungstiefe abhängig von Energie in Megavolt (MV) Quelle: Lindner/Kneschaurek: Radioonkologie
Dosisaufbaueffekt Steigende Photonenenergie-> Dosismaximum von der Oberfläche in die Tiefe verlagert -> Hautschonung Elektronen: Geringe Eindringtiefe Protonen: Scharfer Energiegradient
Wirkung ionisierender Strahlung Durch die Radiolyse von Wasser entstehen: -Ionen -Freie Radikale (2/3 der Zellschädigung) -Peroxide: Begünstigt durch Sauerstoff (gut durchblutetes Gewebe, typisch bei Tumorgewebe, ist strahlensensibler)
Auswirkung der Strahlung auf Zellen Proteine: -Molekülbrüche -Ringsprengungen Nukleinsäure (DNS) -Einzelstrangbrüche -Doppelstrangbrüche (korreliert mit Zelltod)
2. Strahlenbiologie
Prozentsatz überlebender Zellen Dosis-Effektkurve Annahme: Jeder Schaden ist irreparabel -> Kurvenverlauf exponentiell 500 100 10 20 40 60 80 100 Dosis in Gy
Prozentsatz überlebender Zellen Dosis-Effektkurve Experiment zeigt aber -Zellen erholen sich bei niedriger Dosis nach vier Stunden -> Schulter bei niedrigen Dosen -Exponentieller Kurvenverlauf bei hoher Dosis 500 100 Schulter 10 20 40 60 80 100 Dosis in Gy
Abhängigkeit vom Zellzyklus Zellen befinden sich in unterschiedlichen Zellzyklusphasen -> Nach einer Strahlendosis überleben Zellen Mitose- und G2-Phase sind am sensibelsten -> Synchronisation: resistente Zellen wechseln in sensiblen Teil des Zellzyklus Tumoren mit hoher Zellteilungsrate strahlensensibel Quelle: Lindner/Kneschaurek: Radioonkologie
Fraktionierung Tumorgewebe wird geschädigt wegen hoher Zellteilungsrate Guter Durchblutung -> vermehrte Bildung von schädigendem Peroxid Schlechte zelleigene Reparaturmechanismen Gesundes Gewebe kann sich erholen Quelle: Lindner/Kneschaurek: Radioonkologie
Radiosensitizer -Sauerstoffwirkung an hypoxischen Zellen ->Oxydation und Fixierung des Strahlenschadens -Eingreifen in den Stoffwechsel der DNS -Verhinderung der Zellreparatur -Synchronisation des Zellzyklus
Sensible Grenzen zwischen Tumorkontrolle und Komplikation Ziel: Maximale Kontrolle bei Minimum an Komplikationen Zielerreichung erschwert durch enggesetzte Grenzen Quelle: Lindner/Kneschaurek: Radioonkologie
3. Strahlenpathologie
Nebenwirkungen Abhängig von Dosishöhe Fraktionierung, Einzeldosis Bestrahlungs-Volumen (Ganzkörper vs. Teilbestrahlung) Vorschädigung des Gewebes (vorgängige Strahlentherapie) Strahlensensibilität des Gewebes (besonders sensibel: Blutzellen, Immunsystem, Haarwurzeln, Linse, Lunge, Niere) Frühreaktionen: Abfall der Zellvorstufen des roten Knochenmarkes nach 3 Tagen Spätreaktionen: nach Wochen oder Monaten
Strahlensensibilität des Gewebes Strahlendosen, die innerhalb von 5 Jahren zu Komplikationen führen: Quelle: Lindner/Kneschaurek: Radioonkologie
Tumordosis Mammakarzinom Prostatakarzinom Bronchuskarzinom HNO-Karzinom Hirnmetastasen 50 Gy + 10 Gy Boost 70 Gy 60Gy 60-70 Gy 40Gy
Nebenwirkungen Frühreaktionen: -Übelkeit, Durchfall, Blasenbeschwerden (RT Bauch) -Schluckschmerzen, Stomatitis (RT Lunge, HNO) -Haarausfall (RT Hirn) -Verfärbungen der Haut Spätreaktionen: -Stuhl- und Harndrang (RT Bauch) -Lungenfibrose (RT Lunge, Mamma) -Mundtrockenheit (RT HNO -> Speicheldrüsen)
4. Gerätekunde / Bestrahlungstechniken Hilfsmittel
Häufigste Bestrahlungsarten Perkutane Bestrahlung = Teletherapie (griech. Tele=fern) -> Bestrahlung von aussen Interstitielle Bestrahlung = Brachytherapie (griech. brachys= kurz, nah) -> Bestrahlung durch Strahlenquelle im Körper Stereotaktische Bestrahlung
Perkutane Bestrahlung - Teletherapie
Bestrahlungsgeräte für die perkutane RT Orthovoltbestrahlung (100-250 KV-Photonen) Telekobalt-Bestrahlung (1MV-Photonen) Linearbeschleuniger (4-20 MV-Photonen) Protonen-Beschleuniger
Orthovoltbestrahlung Konventionelle Röntgenstrahlen erzeugt in einer Röntgenröhre Geringe Eindringtiefe Einsatz: -Oberflächliche Hauttumoren -Insertionstendinopathien -Fersensporn -Schmerzhafte Arthrosen -Gynäkomastie Quelle: Radiologie Bad Soden Bestrahlung einer Daumengrundgelenksarthrose
Telekobaltbestrahlung Kobalt-60 als natürliche Strahlenquelle Gammastrahlen -> Eindringtiefe kann, im Gegensatz zum Linearbeschleuniger, nicht variiert werden Telekobaltgeräte werden und wurden durch moderne Linearbeschleuniger abgelöst Aber Kobalt-60 wird als Radionuklid eingesetzt in der Brachytherapie oder Stereotaxie (Gammaknife)
Der Linearbeschleuniger Glühdraht erzeugt durch hohe Spannung Elektronen -> RT mit Elektronen Elektronen werden in einer Vakuumröhre beschleunigt. Durch Abbremsung an einer Metallplatte wird die entstandene Energie als Photonen freigesetzt -> RT mit Photonen
Unterschied Elektronen Photonen Dosisaufbaueffekt Bestrahlung mit Elektronen Bestrahlung mit Photonen -> Aufbaueffekt Quelle: Sauer: Strahlentherapie und Onkologie für MTRAs
Energie: 6-20 MeV Bestrahlung mit Linearbeschleuniger: Elektronen -Begrenzte Eindringtiefe von einigen cm -> oberflächliche Bestrahlung -Eingrenzung und Bündelung der Strahlen mittels eines Tubus -Einsatz -bei Boostbestrahlung (=Aufsättigung der Dosis an der Oberfläche) -Operationsnarbe bei Mammakarzinom -Leiste (Lymphabflussgebiet) bei Analkarzinom -Hauttumoren (Basaliom, Spinaliom) Quelle: Spital Lindenhof
Bestrahlung mit Linearbeschleuniger: Photonen Energie (4-20 MV) Aufbau der Energie in der Tiefe ->Hautschonung Techniken: -Steh-Feld-Bestrahlung -> zwei Felder opponierend ap-pa -> vier Felder ap-pa und seitlich (Box-Technik) -Intensitätsmodulierte Radiotherapie -Rotationsbestrahlung -Ganzkörper-Bestrahlung -Stereotaktische Bestrahlung Ventrodorsales Stehfeld
Bestrahlung eines Mammakarzinomes Zwei um max. 180 Grad versetzte, tangential opponierende Felder
Die Intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) Ziel: Umschriebene Strahlendosis mit modulierter Intensität auf das Zielgebiet und dabei Schonung des umliegenden gesunden Gewebes. -Durch viele kleine Felder aus vielen unterschiedlichen Einstrahlrichtungen erfolgt die Bestrahlung -> Modulierung der Strahlendosis innerhalb des Tumors (Tumordicke) -> Gesundes Gewebe wird geschont - Anwendung bei Tumoren in enger Nachbarschaft zu sensiblen Organen / Strukturen z.b. HNO, Prostata, Hirn
IMRT eines Bronchuskarzinomes Quelle: Radioonkologie St. Claraspital
IMRT eines Prostatakarzinomes Quelle: Radioonkologie St. Claraspital
Hilfsmittel in der Teletherapie
ilfsmittel zur Modifikation der Dosisverteilung Bleiblöcke ->Absorption von Strahlung -> Modifikation der Dosis -> Schonung des gesunden Gewebes Einsatz bei Ausblockung von Lunge Hirn Sensible Beckenorgane (Hoden, Blase, Darm) Rückenmark, Wirbelsäule Speicheldrüsen Auge
ilfsmittel zur Modifikation der Dosisverteilung Multi-leaf-Kollimator Motorisch steuerbare Lamellen aus abschirmendem Material, die in das Strahlenfeld gefahren werden -> Formung irregulärer Felder Quelle: Lindner/Kneschaurek: Radioonkologie
ilfsmittel zur Modifikation der Dosisverteilung Keilfilter Schwächung der Strahlung -> definierte Asymmetrie in der Isodosenkurve Quelle: Lindner/Kneschaurek: Radioonkologie
Hilfsmittel: Fixationshilfen -> Strahlenfeld unabhängig von Bewegung immer stabil ausgerichtet -> Markierungen im sichtbaren Hautbereich auf die Maske Einsatz bei HNO-Tumoren und Hirntumoren
Die Bildgestützte RT (IGRT) Image guided Radiation Therapie Bildgebende Diagnostik, die in das Bestrahlungsgerät integriert ist, ermöglicht die Kontrolle der Lagerung während einer Strahlentherapiesitzung Physiologische Lageveränderungen durch Atmung, Darmfüllung können einbezogen werden Reaktion auf Tumorgrösse mit Anpassen des Feldes Implantierte Marker (z.b. Gold) ermöglichen noch genauere Lokalisation (Organtracking) Quelle: Spital Lindenhof
Bestrahlung mit Protonen Protonen geben die Energie erst am Ende ihrer Bahn ab Dadurch ist eine genaue Berechnung der Energie und der Laufweite / Eindringtiefe möglich ->Höhere Strahlendosis im Tumor möglich, da hinter dem Tumor keine Dosis ankommt und vor dem Tumor deutlich weniger als bei Photonenbestrahlung Einsatz bei -Augentumoren -Tumoren an Wirbelsäule -Tumoren im Gehirn / Schädelbasis Quelle: Paul Scherrer Institut
Interstitielle Bestrahlung - Brachytherapie
Die Intrakavitäre Brachytherapie Afterloading (Nachladetechnik) Eine radioaktive Strahlenquelle wird ferngesteuert in die Körperöffnung geschoben, verbleibt bis zum Erreichen der Enddosis dort und wird danach wieder entfernt. Anwendung bei Endometriumkarzinom, Zervixkarzinom Quelle: www.elekta.com,
Die interstitielle Brachytherapie Implantation von radioaktiven, permanenten Strahlenquellen -> kleine, gekapselte Strahlenquellen (Seeds) mit kurzer Halbwertszeit. Anwendung beim Prostatakarzinom Quelle: Spital Lindenhof
Stereotaktische Bestrahlung
Stereotaktische Bestrahlung Gammaknife 1968 entwickelt durch den schwedischen Neurochirurgen Leksell 201 Kobaltstrahlenquellen (Gammastrahlung) werden über Zylinder (Kollimatoren) auf einen Punkt gebündelt -> Exakte Strahlendosis auf Zielgebiet -> Gute Verträglichkeit, Schonung gesundes Gewebe Anwendung bei Hirntumoren/ -metastasen, Augentumoren, Malformationen an Hirngefässen Quelle: www.elekta.com
Stereotaktische Bestrahlung von Hirnmetastasen mittels IMRT Quelle: Radioonkologie St. Claraspital
Fachgebiet Nuklearmedizin Exkurs: Radiojodtherapie Radioaktives Jod-131: -Betastrahlung (90%) Reichweite 0.5mm -Gammastrahlung (10%) Reichweite bis ausserhalb des Körpers -> Strahlenschutz wird oral verabreicht und in die Schilddrüsenzellen aufgenommen Energiedosis abhängig von Erkrankung Hospitalisierung bis die Radioaktivität auf 5µSv/h im Abstand von 1m abgesunken ist -physikalische Halbwertszeit 8 Tage, biologische HWZ abhängig von Ausscheidung Einsatz bei Schilddrüsenkarzinom, Morbus Basedow, Autonome Schilddrüsenadenome
5. Ablauf einer Strahlentherapie
Ablauf einer Strahlentherapie 1. Erstgespräch 2. Bestrahlungsplanung 3. Simulation 4. Bestrahlung 5. Abschlussgespräch Unterschiedliche Fachleute involviert: Fachleute für medizinisch-technische Radiologie (MTRA) Medizinphysiker Radioonkologen
1. Erstgespräch Der behandelnde Arzt bespricht: -Ablauf der Therapie -Behandlungsplan -Erfolgsaussichten -Nebenwirkungen
2. Bestrahlungsplanung Unter Einbezug von bildgebender Diagnostik (z.b. Computertomographie -> 3D) -Eingrenzen des Tumorvolumens -Schonung des gesunden Gewebes -Dosisberechnung Zusammenarbeit zwischen MTRA, Medizinphysiker und Arzt Endziel: Ausreichend hohe Strahlendosis auf den Tumor und die Ausbreitungswege unter möglichster Schonung des gesunden Gewebes
3. Simulation Übertragung des Bestrahlungsplanes mit Referenzpunkten und Bestrahlungsfeldern auf den Patienten. -Genaue Lagerung -Projektion über ferngesteuerten Laser -Markierungen auf der Haut oder Masken -> Duschverbot -Tättowierung von Punktmarkierungen auf die Haut
4. Bestrahlung: Erstbestrahlung mit bildgestützter Einstellung -Präzise Lagerung den Markierungspunkten entsprechend -Kontrolle der Übereinstimmung Strahlenfeld Markierungspunkte -Dokumentation der Lagerung -Letzte Kontrolle durch den Arzt -Dauer ca. 15 30 Minuten
4. Bestrahlung -Nach der Erstbestrahlung finden tägliche Sitzungen von wenigen Minuten statt -5 X / Woche -> fraktionierte Bestrahlung -Nachtragen der Markierungspunkte -Regelmässige Kontrollen bezüglich Nebenwirkungen beim Arzt Nach Abschluss der Bestrahlung gibt es ein Abschlussgespräch beim Arzt und einen Kontrolltermin nach 4-6 Wochen zur Beurteilung möglicher Nebenwirkungen
HERZLICHEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT