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Gerätetechnik

Bestrahlungsplanungssysteme

​Bestrahlungsplanungssysteme sind leistungsfähige Computer und werden eingesetzt, um die Behandlung der Patienten optimal zu planen. Die Grundlage hierfür ist eine Bildserie der Computertomografie (CT), mit dem ein digitales 3D-Modell des Körpers erstellt wird. Falls notwendig, wird dieses CT mit anderen bildgebenden Modalitäten (MRT, PET-CT) kombiniert, um eine exakte Lokalisation des zu behandelnden Bereiches zu ermöglichen.

Mit Hilfe des Bestrahlungsplanungssystems wird durch den behandelnden Radioonkologen das Zielvolumen sowie umgebende gesunde Strukturen, so genannte Risikoorgane, die besonders geschont werden sollen, definiert. Der Medizinphysiker erstellt anschließend einen individuellen Bestrahlungsplan anhand des 3D-Datensatzes. Dabei wird die Bestrahlungstechnik,  d.h. Zahl, Einstrahlrichtung, Größe, Form und Wichtung der Bestrahlungsfelder festgelegt. Das Ziel der Bestrahlungsplanung ist dabei, das Zielvolumen bestmöglich mit der erforderlichen Strahlendosis zu versorgen und dabei Risikoorgane sowie umgebendes Normalgewebe bestmöglich zu schonen.

Linearbeschleuniger mit Bildgebung

​Der Linearbeschleuniger oder LINAC (engl. Linear Accelerator) ist ein Teilchenbeschleuniger, der geladene Teilchen in gerader Linie beschleunigt. In der Strahlentherapie werden hier Elektronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und innerhalb des Beschleunigerkopfes auf ein Target geschossen. Beim Energieübertrag der Elektronen an das Target wird ultraharte Röntgenbremsstrahlung erzeugt, welche als Therapiestrahl genutzt wird. Je energiereicher dabei die verwendete Strahlung ist, desto tiefer kann diese wiederum in das menschliche Körpergewebe eindringen, um den gewünschten Therapieeffekt zu erziehlen.

Mit dem Linearbeschleuniger lassen sich jedoch auch geringere Strahlenenergien erzeugen, welche zur Bildgebung genutzt werden können, damit die Positionierungsgenauigkeit des Patienten auf dem Bestrahlungstisch überprüft werden kann. Dieses System wird als EPID (engl. Electronic Portal Imaging Device) bezeichnet. Wie bei einer Rötgenröhre registriert auch hier ein Bilddetektor, wie sehr die Strahlung durch einen sich im Strahlengang befindlichen Körper geschwächt wird und kann somit ein Bild erzeugen, auf dem knöcherne Strukturen gut erkennbar gemacht werden können.

Will man jedoch einen höheren Weichteilgewebekontrast zur Lageverifikation verwenden, so ist der Therapiestrahl aus dem Beschleunigerkopf nicht das Mittel der Wahl. Deshalb haben die meisten neueren LINACs ein separates Röntgenbildgebungssystem eingebaut, welches als OBI (engl. On Board Imager) bezeichnet wird. Die Energie der Röntgenröhrenstrahlung befindet sich im Gegensatz zum hochenergetischen MV-Therapiestrahl im kV-Bereich und ist somit um ein Vielfaches geringer, wodurch die Strahlung stärker vom Körpergewebe geschwächt wird. Abhängig von der Gerätebauart, kann die Strahlungsrichtung senkrecht zum Therapiestrahl oder entgegengesetzt der Bestrahlungsrichtung des Beschleunigers erfolgen.

Ein weiteres Instrument, welches die korrekte Patientenpositionierung sicherstellen kann, wird als ExacTrack bezeichnet. Hier sind zwei Röntgenröhren links und rechts neben dem Bestrahlungsgerät im Boden verbaut, deren Strahlengang diagonal durch den Patienten in Richtung zweier sich an der Decke befindenden Flächendetektoren verläuft.

Röntgentherapiegerät

​Für die Behandlung bestimmter Krankheitsbilder, meist sind das schmerzhafte Entzündungen des Skelettsystems, werden oft so genannte Röntgentherapiegeräte genutzt. Diese erzeugen Röntgenstrahlenfelder, sich sehr gut für diese Art der Strahlentherapie eignen. Diese bestehen aus einer Röntgenröhre, die an einem speziellen Stativ beweglich angebracht ist und so einfach auf dem zu bestrahlenden Gebiet positioniert werden kann.

Zur Erzeugung der Röntgenstrahlung werden mit einer Hochspannung bis zu 150 kV beschleunigte Elektronen auf die Anode der Röntgenröhre geschossen. Beim Abbremsen der Elektronen entsteht neben der Röntgenstrahlung auch sehr viel Wärme, weshalb die Röhre gut gekühlt werden muss. Die Strahlung verlässt die Röhre durch ein Austrittsfenster. Zusätzliche Metallfolien aus Kupfer oder Aluminium, so genannte Filter, verändern das Röntgenspektrum so, dass das Durchdringungsvermögen der Strahlung besser an die jeweilige Aufgabe angepasst werden kann.

Mit der patientenspezifischen Wahl der Hochspannung und der zusätzlichen Filterung wird der Tiefendosisverlauf im Gewebe verändert. Da auch der Abstand vom Strahlenfokus zur Oberfläche (z.B. Haut des Patienten) den Tiefendosisverlauf beeinflusst, werden spezielle Applikatoren, so genannte Tubusse, mit verschiedener Länge, Feldgröße und Form eingesetzt. Nicht therapeutisch relevante Gebiete werden durch individuelle Abschirmungen geschont.

Therapiesimulator

​Bei der Simulation wird die ursprünglich am Computertomografen auf der Hautoberfläche oder auf bestimmten Lagerungsmitteln – z.B. auf der Gesichtsmaske – angebrachte Markierung noch einmal kontrolliert oder auf der Grundlage der Bestrahlungsplanung korrigiert bzw. neu angebracht. Die Kontrolle erfolgt durch eine Röntgen-Durchleuchtung – der Simulator ist ein Röntgengerät mit einer Strahlführung, die geometrisch genau der des Bestrahlungsgerätes entspricht. Das Durchleuchten wird dabei unter den gleichen Einstrahlwinkeln wie später dann am Beschleuniger durchgeführt. Die dabei aufgenommenen Röntgen-Bilder werden mit während der Bestrahlungsplanung errechneten Bildern verglichen, eventuelle geometrische Abweichungen in der Patientenlagerung sind dabei leicht zu erkennen und können so einfach korrigiert werden.

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