(Un)sichtbare Tumore in Bewegung

Neue Perspektiven für die Strahlentherapie durch präzises Tumortracking

Nominiert für den Deutschen Zukunftspreis 2022

 
Krebs ist weltweit eine der häufigsten schweren Erkrankungen –
mit oft tödlichem Verlauf. Doch mit neuen Therapiemethoden lässt er sich immer besser behandeln und in vielen Fällen heilen. Ein Beispiel ist die Strahlentherapie, bei der Tumorgewebe durch energiereiche Strahlung gezielt zerstört wird. Entscheidend dabei ist, dass der Tumor exakt erfasst und die Behandlung nicht durch Bewegungen des Patienten oder der Patientin beeinträchtigt wird. Bei der Therapie von Lungenkrebs kommt als zusätzliche Schwierigkeit die Bewegung des Tumors beim Atmen hinzu. Das reduziert die Erfolgsaussichten und birgt das Risiko schädlicher Nebenwirkungen. Wie lässt sich dieses Problem bewältigen? 

Foto: Ansgar Pudenz/DZP
  • Stefan Vilsmeier, Brainlab AG, München (Sprecher)
  • Prof. Dr. med. Cordula Petersen, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE), Hamburg 
  • Dipl.-Inf. Claus Promberger, Brainlab AG, München

 
Die Lösung des Problems 
basiert auf einer neuartigen Technologie, um die Patientenposition während der Strahlenbehandlung exakt zu erfassen – und Veränderungen durch ein Nachführen des Zielbereichs der Bestrahlung auszugleichen. Dadurch wird sichergestellt, dass treffsicher das tumoröse Gewebe attackiert wird und möglichst wenig gesundes Gewebe zu Schaden kommt. Das Resultat ist eine sehr effektive Behandlung, durch die der Tumor gegebenenfalls bereits in einer einzigen Therapiesitzung vollständig beseitigt wird. Das von den Nominierten in Entwicklung befindliche Radiochirurgie-System zielt darauf ab, die Heilungschancen einer Krebserkrankung zu verbessern, insbesondere bei Menschen mit Lungenkrebs.

Foto: Ansgar Pudenz/DZP

Bislang erschwerte die unregelmäßige Bewegung von Lungentumoren durch die Atmung eine strahlentherapeutische Behandlung der Betroffenen. Um zu gewährleisten, dass das kranke Gewebe trotz seiner sich ständig ändernden Lage komplett vernichtet wird, definierten die Mediziner eine Sicherheitszone um den Tumor herum: den sogenannten Motion-Envelope-Bereich. Er umfasst den gesamten Raum, den der Tumor während der Atembewegung durchstreicht. Damit wird bei der Behandlung neben tumorösem zwangsläufig auch gesundes Gewebe geschädigt – teils in einem Umfang, der ein Vielfaches der Größe des Tumors ausmacht. Um diese Nebenwirkungen möglichst gering zu halten, ist die maximale Dosierung der Strahlung begrenzt, weshalb für die gesamte Therapie meist etliche Sitzungen erforderlich sind. Hinzu kommt, dass bei viele Tumoren wegen ihrer Lage oder geringen Größe eine Strahlentherapie bisher gar nicht möglich war.

Das neue System zur hochpräzisen Positionierung während der Behandlung schafft die Voraussetzung für eine wesentlich präzisere Zielführung des Strahls als das mit herkömmlichen Bestrahlungsgeräten möglich ist. Der Sicherheitsbereich um den Tumor fällt damit deutlich geringer aus. Zudem lassen sich mit der nächsten Version auch kleine Tumore, die auf normalen Röntgenbildern kaum zu sehen sind, erkennen und zerstören.

Die neueste Generation des von dem nominierten Team entwickelten Systems "ExacTrac Dynamic" kombiniert mehrere Sensoren unterschiedlicher Funktion miteinander. Damit lassen sich sowohl die genaue Lage der Oberfläche des Patientenkörpers als auch seine innere Anatomie bestimmen. Die Messdaten werden kontinuierlich mit einem zuvor berechneten Modell, das die Patientenposition und deren Veränderung während der Behandlung beschreibt, verglichen und das Modell, wenn nötig, angepasst. Das sogenannte Korrelationsmodell nutzt das Oberflächentracking und orientiert sich an der Bewegung innerer Strukturen sowie künftig an markanten Bestandteilen des Körpergewebes in seiner direkten Umgebung.

Foto: Ansgar Pudenz/DZP

Herzstück der Sensorik des Systems ist eine Kombination aus einer Trackingkamera, zwei Röntgensystemen und einem Steuercomputer samt Spezialsoftware. Die Trackingkamera wiederum vereint in sich eine Oberflächenkamera mit einem Wärmesensor. Damit lassen sich Bewegungen des Patienten oder der Patientin während der Strahlenbehandlung erfassen. Die zwei Röntgenröhren, die diagonal zueinander angeordnet sind, sowie die dazugehörigen Detektoren zum Messen des im Gewebe gebeugten Röntgenlichts blicken in den Körper hinein und können die Position des Tumors exakt feststellen. Sämtliche Informationen werden bei der Berechnung des zur Anpassung der Bestrahlung verwendeten Korrelationsmodells berücksichtigt. Dadurch lässt sich die Patientenposition so kontrollieren, dass der Tumor hochpräzise erfasst wird.

Die gesamte Behandlung ist schmerzlos und zielt darauf ab, möglichst frei von Nebenwirkungen zu sein. Im Gegensatz zu bisher benutzten Techniken schädigt die Bestrahlung kaum gesundes Gewebe. Bei der Entwicklung des innovativen und patientenschonenden Systems arbeitet das Team bei Brainlab eng mit Ärzten und Medizintechnikern am Universitätsklinikum HamburgEppendorf zusammen. Deren Expertise in der medizinischen Anwendung von Strahlentherapie und Radiochirurgie im klinischen Alltag fließt in Gestaltung und Funktionen des marktreifen Produkts mit ein.

Seit dem Sommer 2020 ist ExacTrac Dynamic in den USA und in Europa zugelassen. Künftig wird es die Einsatzmöglichkeiten der Strahlentherapie deutlich erweitern – und dem auf softwaregestützte Medizintechnologie spezialisierten Münchner Unternehmen voraussichtlich einen Umsatzsprung bescheren. Eine erste Generation des Systems wird bereits bei der Behandlung von Hirntumoren eingesetzt – und ist dazu in weltweit rund 1.000 führenden Krebszentren installiert. Die nächste Generation des Positionierungssystem wird vor allem die Bestrahlung von Lungentumoren unterstützen. Später soll sich die Technologie unter anderem auch einsetzen lassen, um Lebertumore präzise zu erfassen – und das selbst dann, wenn sie bereits Metastasen gebildet haben. Von Nutzen ist das System aber nicht nur für an Krebs erkrankte Menschen, bei denen es lebensrettend sein kann. Bei seiner Entwicklung legte das nominierte Team auch Wert auf einen schonenden Umgang mit Umwelt und Ressourcen: Um die Technik verwenden zu können, müssen Kliniken ihre bestehenden Bestrahlungsanlagen nicht ersetzen. Stattdessen lässt sich ExacTrac Dynamic mit bereits vorhandenen Systemen kombinieren, um deren Anwendungsspektrum in der Krebstherapie zu erweitern.