Klinik für Radioonkologie und Strahlentherapie

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Tomotherapie - Ein neuer Tag für Krebspatienten überall in der Welt 

Das Tomotherapie Hi-Art-System der Strahlentherapie Bamberg ermöglicht eine besonders schonende und präzise Bestrahlung – in Bayern gibt es nur noch ein weiteres Gerät dieser Art.

Auch Sie können zu diesen Menschen gehören!

Denn in Bamberg haben wir mit Unterstützung der Hans-Löwel-Stiftung das zweite Tomotherapiegerät in Bayern zur Verfügung gestellt. Im Juli 2003 wurde der erste Patient an einem klinischen Tomotherapie HI-ART-System behandelt. Heute beginnen täglich Tausende von Krebspatienten ihre eigenen Tomo® - Behandlungen an Krankenhäusern und Krebszentren weltweit. Die schnelle und breite Akzeptanz des Tomotherapie-Prozesses zeigt seine Bedeutung für die Krebsbehandlung. Am wichtigsten ist aber die rasch wachsende globale Gemeinschaft von Menschen, denen diese Technologie erfolgreich geholfen hat und die zufrieden tumor- und nebenwirkungsfrei mit guter Lebensqualität leben.

In einem neuen Investitionsprojekt wurde das Tomotherapie HI-ART-System im Bamberger Klinikum am Bruderwald 2014 aufgerüstet: die so genannte dynamische TomoEDGE Blendentechnologie wurde in Betrieb genommen. Der medizinische Nutzen: Bessere Heilungschancen bei weniger Nebenwirkungen. Die rund 350 000 Euro-Investition ermöglicht bei der Bestrahlung einen steileren Dosisabfall und gleichzeitig höchste Präzision. Die dynamischen Blenden minimieren die Strahlenbelastung für das gesunde Gewebe und angrenzende wichtige Strukturen im Zielgebiet. „Damit erreichen wir jetzt eine kürzere Behandlungsdauer und eine ausgewogene Strahlenverteilung, die so individuell ist, wie der jeweilige Patient“, so die Chefärztin der Klinik für Radioonkologie und Strahlentherapie, Privatdozentin Dr. Antje Fahrig. Die Hälfte ihrer Patienten kann jetzt schneller behandelt werden. Dies ist aber nicht nur als bloße Zeitersparnis zu sehen. Durch die kürzere Bestrahlungszeit werde das gesunde Gewebe maximal geschont, gleichzeitig ist im Bereich des Tumors eine weitere Dosiseskalation möglich. „Wenn es um die Krebstherapie geht, wählen wir sehr sorgfältig aus, in was wir investieren und entscheiden uns nur für Behandlungsformen, von denen wir glauben, dass sie die Qualität der Behandlung, die wir den Patienten angedeihen lassen, entscheidend beeinflussen können“, betonte Chefärztin Fahrig. Sie sei überzeugt, „dass die neue Technik das Potenzial hat, die Krebstherapie für alle unsere Patienten zu optimieren, besonders für Patienten mit Prostatakrebs, Hirntumoren, Tumoren der Lunge und multiplen Knochenmetastasen."

Die Tomotherapie wird seit fünf Jahren am Bamberger Klinikum angeboten und ist damit neben dem Uniklinikum Rechts der Isar in München das einzige Krankenhaus in Bayern, das dieses Gerät vorhält. Mittlerweile wurden über 1000 Patienten damit behandelt. Die Tomotherapietechnik - eine Kombination aus Linearbeschleuniger und Computertomographie (CT) kann zur Bestrahlung aller Tumoren eingesetzt werden, bietet aber entscheidende Vorteile bei der Behandlung von Tumoren im Gehirn, im Halsbereich, im Thorax und Becken, die alle in der Nähe zu sehr strahlenempfindlichen Organen liegen.

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Alles rund um die Tomotherapie

Mit der Tomotherapie wird eine neue Ära in der Strahlentherapie eingeleitet.

Das Tomotherapie HI-ART-System („highly integrated adaptive radiotherapy system“) 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 an den Tumor und die Risikoorgane und darüber hinaus eine hervorragende Basis für die „bildgeführte Strahlentherapie“.

Tomotherapie ist eine hoch integrierte, intensitätsmodulierte, bildgeführte und adaptive Radiotherapie in einem Gerät.

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Das Tomotherapie HI-ART-System sieht nicht nur wie ein CT-Scanner aus, sondern es ist tatsächlich ein CT-Scanner. Es wurde von Grund auf so konzipiert, dass es die Bildgebung durch Industrie-Standard mit einer innovativen helikalen Bestrahlung kombiniert. Das Ergebnis ist ein all-in-one-Gerät, das die Behandlung aller Krebslokalisationen durch

• eine leistungsfähige tägliche CT-Bildgebung für jeden Patienten
• eine hoch konformale Dosisverteilung für jedes Zielvolumen
genauer, präziser und damit sicherer macht.

Durch fortschrittliche Bestrahlungsplanung, integrierte Qualitätssicherung, tägliche CT-Bildgebung und 360-Grad-Rotationsbestrahlung mit einer patentierten Strahl-Modulationstechnik ist die Tomotherapie ein System für die personalisierte Behandlung in Echtzeit.

Das Tomotherapie HI-ART-System erkennt die exakte Lage des Tumors und kann punktgenau bestrahlen, ohne umliegendes Gewebe zu schädigen.

Die dem Tumor benachbart liegenden Risikoorgane werden täglich bezüglich ihrer Lage und ihres Füllungszustandes im MV-CT kontrolliert, um sie durch entsprechende Korrekturmaßnahmen vor Durchführung der Bestrahlung optimal zu schonen.

Der Arzt beurteilt außerdem die Lage, Form und Größe des Tumors und sieht in Echtzeit, welche Wirkung die Strahlendosis im Tumor entfaltet. Er kann das „Bild des Tages“ mit einem fusionierten Bild aus dem Planungsprozess vergleichen, um sicherzustellen, dass die Behandlung wirklich das Zielgebiet erfasst. Bei Bedarf werden Form- und Lagevariationen des Tumors durch Anpassung des Zielgebietes berücksichtigt.

Das Tomotherapie HI-ART-System setzt einen neuen Behandlungsstandard:
• Leistungsfähige täglich CT-Bildgebung für jeden Patienten

• Hoch konformale Dosisverteilung für jedes Zielvolumen

• Bestrahlung mit Echtzeit - Präzision und - Sicherheit

Damit lässt sich das Grundproblem der Strahlentherapie umgehen.

Dieses Grundproblem besteht darin, dass sie nicht tumorspezifisch ist, sondern auf gesundes Gewebe wie Tumorgewebe in gleicher Weise einwirkt. Daraus ergibt sich in der Praxis insofern ein Dilemma, als sich die Dosis, die mindestens erreicht werden müsste, um jeden bösartigen Tumor zu zerstören, mit der Dosis überschneidet, die unterschritten werden sollte, um gesundes Gewebe nicht zu beeinträchtigen. Diesen Zusammenhang zwischen Tumorkontrolle und Komplikationsrisiko in Abhängigkeit von der Strahlendosis hat bereits Holthusen in einem Diagramm anschaulich dargestellt.

Das Holthusen-Diagramm zeigt die Beziehung zwischen applizierter Dosis und der Tumorkontrollrate bzw. Komplikationsrate. Die Differenz D2 – D1 entspricht der „therapeutischen Breite“. In diesem Diagramm verlaufen die Dosis-Effekt-Kurven für die Tumorkontrollrate und die Nebenwirkungsrate sigmoidal und parallel. Beide überlappen sich im therapeutischen Bereich (D1 - D2). Will man in jedem Fall eine Tumorkontrolle (100 %) erreichen (D1), würden in bis zu 50 % Strahlenspätfolgen auftreten (D2). Deshalb richtet man sich in der Klinik auf einen Wert ein, der 90 – 95 % der Tumorzellen eines bestimmten Typs sterilisiert und gleichzeitig 5 % bis allenfalls 10 % Strahlenspätfolgen verursacht. (aus: Rinecker, H.: Protontherapie – Neue Chance bei Krebs. Herbig-Verlag, München, 2005)

Die Lösung des Dilemmas durch Tomotherapie
Dieses Dilemma der Dosisüberlappungen kann man nur durch eine hohe Zielgenauigkeit und Reproduzierbarkeit der Bestrahlung mit strikter Differenzierung gesunden und kranken Gewebes lösen. Der Verwirklichung dieser Forderung steht allerdings entgegen, dass man nicht starre physikalische Körper, sondern offene biologische Systeme mit erheblicher Variabilität bestrahlt. Dies führt naturgemäß zu Ungenauigkeiten bei der Planung und Applikation der Bestrahlung, bei der Lagerung und Einstellung des Patienten auf dem Bestrahlungstisch am Linearbeschleuniger, durch interfraktionelle und intrafraktionelle Organbeweglichkeit und durch Deformierung von Zielvolumen und Organen während einer Bestrahlungsserie.

Die Lösung des Dilemmas ist die Kombination von
IMRT (Intensity modulated Radiotherapy),

IGRT (Image guided Radiotherapy) und/oder

ART (Adaptive Radiotherpy)
im Tomotherapie-Bestrahlungsprozess. Dadurch wird es in Zukunft möglich sein,
• die Einstellungenauigkeit von Tag zu Tag,

• die interfraktionelle und intrafraktionelle Organbeweglichkeit und

• 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 wiederum steigert die Tumorkontrollwahrscheinlichkeit, senkt die Nebenwirkungswahrscheinlichkeit am Normalgewebe und führt letztlich zu dem angestrebten Ziel der unkomplizierten Heilung.

Das Tomotherapie HI-Art-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 msec Reaktionszeit)
• höchste Konformität ohne Keilfilter, ohne Kompensatoren, ohne Kollimatordrehung, ohne Tischverschiebung und ohne Elektronen

Flexibilität
• Bestrahlungsvolumina von 0,5 x 1 cm Durchmesser bis 40 x 160 cm Durchmesser
• Bestrahlung von mehreren isolierten oder verbundenen Zielvolumina (z.B. bei Knochenmetastasen)
• Integrierte Bestrahlung mehrerer Zielvolumina (z.B. simultaner integrierter Boost) in unterschiedlichen Dosiszeitmustern
• Ganzkörperbestrahlung
• Abdominalbestrahlung
• Bestrahlung der Neuroachse
• Stereotaktische Bestrahlung

Einfache Planung
• Konturierung mit Standardsoftware
• automatische Optimierung

Bildgeführte Bestrahlung
• Integration mit Bestrahlungsplanung
• keine Artefakte durch MV-CT
• Lagerungskorrekturen teilweise rechnerisch
• bewegliche Laser
• bildgeführte Bestrahlung durch integriertes CT in hervorragender Weise möglich,
• adaptive Radiotherapie durch neue Software möglich

Die kompakte rotierende Gantry enthält einen 6 MV-Linearbeschleuniger und ein CT-Detektorsystem, mit dem die Aufnahmen für die Lagerungskontrolle gewonnen werden. 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.

CT-Aufnahmen und die Bestrahlungen erfolgen in Spiralbahnen, deren Steigung durch den Tischvorschub und die Gantry-Rotationsgeschwindigkeit bestimmt wird. 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 Therapiestrahl kann durch einen Schlitzkollimator in seiner Länge zwischen 0,5 und 5 cm variiert und durch einen binären Multileaf-Kollimator (64 Lamellen, je 0,61 cm breit) über eine Breite von 40 cm moduliert werden. Da die Lamellen pneumatisch bewegt werden, benötigen sie nur 50 msec zum Ein- und Ausfahren. Damit ist eine hervorragende Dosismodulation während der Gantry-Rotation möglich. Durch die niedrige Leckstrahlung der Lamellen von nur 0,2 % außerhalb und 0,5 % innerhalb des Bestrahlungsfeldes wird die Ganzkörperdosisbelastung der Patienten sehr niedrig gehalten, niedriger als bei der IMRT mit herkömmlichen Linearbeschleunigern.

Das HI-ART-Tomotherapiesystem 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.

Der Tomotherapie-Behandlungsprozess umfasst folgende Schritte:
• Diagnostische Bildgebung (CT, MRT, PET-CT)

• Konturierung von Zielvolumen und kritischen Strukturen im konventionellen Bestrahlungsplanungssystem (Pinnacle®)

• Bestrahlungsplanung und Optimierung der Dosisverteilung im Tomotherapie-Bestrahlungsplanungssystem

• MV-CT in Bestrahlungsposition

• Registrierung von Planungs-CT und Tomo-CT und Berechnung der Abweichungen der Patientenanatomie vom Planungszustand in den drei Raumrichtungen

• Korrektur des zufälligen Fehlers der Patienten-Positionierung

• Bestrahlung

• Dosisrekonstruktion zur Analyse des systematischen Fehlers

• Modifizierung des Bestrahlungsplans zur Korrektur des systematischen Fehlers

Der Tomotherapie-Datenfluss umfasst folgende Schritte:
• Planungs-CT-Studie am Big Bore CT Brilliance
• CT-Datentransfer via DICOM zum Pinnacle-TPS

• Konturierung von Zielvolumen und Risikoorganen, Planung

• Transfer von CT-Daten und RT-Strukturen via DICOM an das Tomotherapie-Planungssystem, Planung und Optimierung an Hand der Dosis-Volumen-Histogramme

• Patienteneinstellung mit Lasersystem am HI-ART entsprechend der Vorgabe der virtuellen Simulation (DRRs)

• Helikales MV-CT vor jeder Bestrahlung

• Bildregistrierung von Planungs-CT und MC-CT an der HI-ART-Konsole

• Beurteilung der Registrierung durch den Arzt

• Anpassung der Tischposition vor Beginn der Bestrahlung

• Durchführung der Bestrahlung

• Bildbeurteilung durch den Arzt bei täglichem Check

Die CT-Studien für die Bestrahlungsplanung mit bereits konturierten Zielvolumina und Risikoorganen werden über ein Dicom-RT-Interface importiert. Diese können im HI-ART-System – falls erforderlich – modifiziert werden und dienen als Basis für die Optimierung und Dosisberechnung.
Import von CT-Bildern und Strukturdaten (Volumina des Interesses, VOI) aus dem Planungssystem via DICOM-RT in den Rechner des Tomotherapiegerätes.

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. Freigegebene Bestrahlungspläne stehen nach Eingabe des Fraktionierungsschemas zur Patientenbestrahlung direkt am Bestrahlungsgerät zur Verfügung. Optimierung der Dosisverteilung entsprechend den Kriterien des Optimierungs-Algorithmus und Überprüfung der Güte des Bestrahlungsplans an Hand von Dosis-Volumen-Histogrammen.

Nach Ermessen können vor jeder Fraktion CT-Aufnahmen zur Lagerungskontrolle durchgeführt und automatisch oder manuell mit dem Planungs-CT fusioniert werden. Die errechnete Verschiebung des Patienten wird zum einen über die Tischhöhe automatisch durchgeführt und zum anderen über das 4-Achsen-Lasersystem markiert. 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. Bildgeführte Radiotherapie durch CT mit dem Therapiestrahl. Vergleich von Planungs-CT und Tomo-CT vor der Fusion. Bildfusion von Planungs-CT und Tomo-CT, automatische oder manuelle Berechnung der Abweichung zwischen beiden Datensätzen und Korrektur der Abweichung über die Tischkoordinaten .

Der Ablauf der Tomotherapie als Kreisprozess umfasst zwei wesentliche Optimierungsschritte:
• Anpassung des Bestrahlungsplans vor jeder Bestrahlung zur Korrektur des zufälligen Fehlers (bildgeführte Radiotherapie)

• Dosisrekonstruktion nach der Bestrahlung, Dosis-Summation über mehrere Bestrahlungen und Deformierung des Dosis-Summation zur Korrektur des systematischen Fehlers (adaptive Radiotherapie)

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.

Nierenzellkarzinom mit 10 Gehirnmetastasen: Bestrahlung des Gehirns mit 34 Gy, simultaner integrierter Boost von 5 Läsionen mit 45 Gy. Im Verlauf Rezidiv mit 8 neuen Gehirnmetastasen. Erneute stereotaktische hypofraktionierte Bestrahlung von 8 Gehirnmetastasen mit 20 x 2,5 Gy.
Die Bestrahlung des Gehirns führt zu teilweise erheblichen neurokognitiven Funktionseinschränkungen – insbesondere im Bereich des Kurz- und Langzeitgedächtnisses.

Für die Regeneration und Plastizität des Gehirns sind neurale Stammzellen in folgenden Regionen verantwortlich:
• Subventrikuläre Zone (SVZ) der Seitenven-trikel
• Subgranuläre Zone (SGZ) des Gyrus dentatus im Bereich des Hippocampus
Es wurde deshalb ein neues Konzept zur Schonung der Stammzellgebiete entwickelt (Gondi, V, WA Thomé, MP Mehta, Radiother Oncol. 2010, 97: 370-376), das mit der Tomotherapie besonders effizient umgesetzt werden kann.

Der vorliegende Fall eines zerebral metastasierten Mammakarzinoms zeigt die simultane integrierte Bestrahlung folgender Zielvolumina:
• Gehirn: 20 x 2 Gy (gelb)
• Metastasenbett links temporo-parietal 20 x 2,5 Gy (grün)
• Metastasen 20 x 3,50 Gy (rot)
• Stammzellgebiete 20 x 1 Gy (blau)
Das Dosis-Volumen-Histogramm zeigt von rechts nach links die Kurven für:
• die Metastasen mit 70 Gy (blau)
• das Metastasenbett mit 50 Gy (grün)
• das Gehirn mit 40 Gy (pink)
• die paraventrikuläre Zone mit 25 Gy und den Gyrus dentatus mit 20 Gy (rot)
Das Konzept wird zurzeit in einer Phase-II-Studie der RTOG (0933) überprüft

Gemäß Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) vom 17.10.2011 sind wir dazu verpflichtet, Wirkungen und Nebenwirkungen der strahlentherapeutischen Behandlung durch geeignete, in angemessenen Zeitabständen erfolgende Kontrolluntersuchungen zu erfassen und zu dokumentieren.

Dementsprechend bestellen wir alle Patienten in Abhängigkeit von der Komplexität der Erkrankung und Therapie in unterschiedlichen Zeitabständen zur Bestrahlung zur Nachsorge ein. Gelegentlich ist es möglich, die Nachsorge per Fragebogen durchzuführen. Dies bespricht der Strahlentherapeut mit Ihnen persönlich.

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Empfang Strahlentherapie

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