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Patient während einer Strahlentherapie, Foto: Siemens AG, München/Berlin © Krebsinformationsdienst, Deutsches Krebsforschungszentrum

Strahlentherapie: Techniken und Anwendungsbeispiele

Wie wird eigentlich bestrahlt? Warum erhält nicht jeder Krebspatient die gleiche Behandlung? Welche Geräte nutzen Mediziner heute, und wie schaffen sie es, energiereiche Strahlen nach Möglichkeit im Tumor zu bündeln und gesundes Gewebe zu schonen?

Der folgende Text bietet einen Überblick für Patienten, Angehörige und Interessierte. Links führen zu weiteren Informationen sowie den genutzten Quellen. Patienten, bei denen eine Bestrahlung geplant ist, sollten sich auf jeden Fall aber mit ihren behandelnden Ärzten besprechen - diese Beratung lässt sich durch Informationen aus dem Internet nicht ersetzen.

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Quellen und Links (Stand 4/2014)

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In Praxis und Klinik: Wie wird eigentlich bestrahlt?

Der Begriff "perkutane Bestrahlung" steht für jede Behandlung von Organtumoren oder Geweben von außen, mit externen Bestrahlungsgeräten (Linearbeschleuniger, Telekobaltgerät). Perkutan heißt "durch die Haut" und bedeutet, dass der Strahlengang durch die Haut hindurch auf das eigentliche Zielgebiet gerichtet wird.
Im Unterschied zur perkutanen Bestrahlung stünden die Brachytherapie, bei der die Strahlenquelle in den Körper eingebracht wird, oder die nuklearmedizinischen Anwendungen, bei denen die Strahlung sogar innerhalb der Zellen freigesetzt wird.

Meist gelingt es bei der perkutanen Bestrahlung, größere Anteile der Ionisierungsenergie nur im Tumor zu bündeln. Dafür sorgen heute die modernen Systeme der Bestrahlungsplanung und -steuerung, zum Teil auch der Einsatz von Strahlenarten, die sehr gezielt erst bei bestimmten Eindringtiefen ins Gewebe abgebremst werden und ihre Energie freisetzen.

Bestrahlung von außen: Perkutane Strahlentherapie und Bestrahlungsplanung

Den klassischen Ablauf einer Strahlentherapie kennen die meisten Menschen: Als Patient liegt man auf einer Liege oder einer Art Tisch unter der eigentlichen Bestrahlungseinrichtung, nicht viel anders, als man es auch von Röntgenaufnahmen kennt.
Die eigentliche Bestrahlung nimmt meist nicht viel Zeit in Anspruch, von wenigen Sekunden bis zu einigen  Minuten. Wie lange der Termin tatsächlich dauert, hängt auch von der notwendigen Vor- und Nachbereitung ab: der Besprechung mit den Ärzten, der Platzierung und exakten Lagerung im Strahlenfeld, letzten Berechnungen und gegebenenfalls auch einer Nachbesprechung.
Die meisten Patienten erhalten die Gesamtstrahlendosis heute "fraktioniert", also nicht in einem Durchgang, sondern aufgeteilt auf mehrere Wochen, mehr dazu hier.

Festlegung des Strahlenfeldes: Bewegliche Geräte, Filter

Die ersten Geräte zur Krebsbehandlung sandten ihre Strahlen in einem gleichmäßigen Feld durch den Körper, das nur bedingt in der Größe und Form verändert werden konnte. Telekobaltgeräte wie auch die Vorläufer der modernen Linearbeschleuniger waren zudem sehr schwer. Früher mussten sie fest montiert werden, was  nur die immer gleiche Ausrichtung senkrecht über dem Patienten erlaubte. Eine Schonung gesunden Gewebes war schwierig.

Die ersten Versuche, das Strahlenfeld nicht immer gleich zu platzieren, sondern der tatsächlichen Tumorform und vor allem der Tumorgröße anzupassen, bauten auf Filtern auf. Heute gibt es außer technisch enorm ausgefeilten Filtervorrichtungen viele weitere Möglichkeiten, die maximale Energiedosis nur im Tumor und nicht im umliegenden gesunden Gewebe freizusetzen.

  • Die modernen Linearbeschleuniger sind häufig mit beweglichen Elementen ausgestattet: Entweder kann die "Strahlenkanone" mittels einer beweglichen Aufhängung, einer sogenannten Gantry, über dem Patienten geschwenkt werden. Oder der Tisch, auf dem man als Patient gelagert ist, ist beweglich.
    So lässt sich der Strahlengang leichter an sensiblen Organen vorbei ausrichten.
    Hinzu kommt: Der Winkel, aus dem die Strahlung auf das Gewebe auftrifft, wird mehrfach geändert, die Strahlengänge kreuzen sich nur im gewünschten Zielgebiet. Durch die Bestrahlung von oben, unten, von verschiedenen Seiten aus wird zwar immer der Tumor, aber nicht immer das gleiche gesunde Gewebe mit betroffen.
  • So genannte Kollimatoren oder bewegliche Strahlenblenden sorgen dafür, dass Strahlenfelder heute nicht mehr einfach nur rund oder rechteckig sind. Diese Filter bestehen aus abschirmendem Material: Ähnlich wie Linsen bei sichtbarem Licht oder Blenden bei einer Kamera bündeln sie den Strahlengang und sorgen für eine zielgenaue Anwendung. So lassen sich Strahlenfelder erzeugen, die selbst sehr unregelmäßig geformte Tumoren abdecken (ein Beispielbild beim Deutschen Krebsforschungszentrum unter www.dkfz-heidelberg.de/de/medphys/engineering/).

Markierung, Lagerung und Fixierung

Damit das Strahlenfeld nicht "verrutscht", darf man sich nach der Lagerung durch das medizinische Personal nicht mehr bewegen - nicht immer einfach, aber für die meisten Patienten angesichts der kurzen Bestrahlungsdauer auszuhalten. Wohin jedes mal bestrahlt wird, zeichnen die verantwortlichen Ärzte zudem vorher auf der Haut auf, etwa mit wasserfesten Stiften. Diese Markierung darf man nicht abwaschen. Eine neuere Methode ist die Tätowierung winziger Punkte. Sie sind kaum sichtbar und verblassen langfristig auch wieder. Sie reichen aber aus, um das Strahlungsfeld sicher zu markieren. Der Vorteil: Wenn der Zustand der Haut es ansonsten erlaubt, kann man mit tätowierten Markierungen duschen.

Wenn der Strahlengang aber nicht einmal um Millimeter vom Ziel abweichen darf, etwa bei der Bestrahlung von Hirntumoren, müssen schon kleinste unwillkürliche Bewegungen vermieden werden. Dann reicht Stillhalten nicht aus.
Für diese Fälle gibt es mehrere Systeme der Fixierung: Eine Möglichkeit ist  ein individueller Gipsabdruck, in dem man dann wie in einer Schale von Termin zu Termin in der immer gleichen Position liegt. Oder man erhält ein speziell angefertigtes Rahmensystem, in dem der zu bestrahlende Körperteil fixiert wird. Bei Hirntumoren kann dieser Rahmen unter Umständen sogar für die Dauer der gesamten Bestrahlung im Schädelknochen befestigt werden.
Auch eine Art aufblasbarer oder aufgeschäumter Matratze, die sich eng um den Körper legt, wird zur Fixierung eingesetzt.

  • Keines dieser Systeme ist für Patienten sehr angenehm. Sie sichern jedoch den Schutz gesunder Organe und Strukturen.

Aktuell befasst sich die Forschung mit Systemen, mit denen selbst unwillkürliche Bewegungen beim Atmen oder etwa Darmbewegungen "aufgefangen" und durch blitzschnelle automatisierte Neuausrichtung des Strahlengangs kompensiert werden. Solche Bestrahlungseinheiten setzen auf die Kombination von bildgebenden Verfahren, etwa einer Computertomographie, mit einem Linearbeschleuniger und einem aufwändigen Computersystem, das die gewonnen Bilder sofort auf die Bestrahlungseinheit überträgt und das Feld und die Dosis anpasst.
Für die Praxis stehen solche Neuerungen bisher noch längst nicht überall zur Verfügung. Noch werden sie überwiegend in klinischen Studien eingesetzt.

Planung und Vorbereitung mit bildgebenden Verfahren

Um Systeme zur Bestrahlungssteuerung sinnvoll für den Patienten einsetzen zu können, geht jeder Bestrahlung heute eine intensive Planung und viel Rechenarbeit voraus. Dabei spielen Röntgenaufnahmen oder Bilder von Computertomographien, Magnetresonanztomographien, PET-Bilder und auch Ultraschallbilder eine große Rolle: Sie zeigen, wie groß der zu bestrahlende Tumor ist, welche Form er hat, wie das gesunde Gewebe in seiner Umgebung beschaffen ist und was an Organen unter oder über dem Tumor eventuell mit im Strahlengang liegen könnte.
Solche Bilder können heute von Computern ausgewertet und direkt in Bestrahlungsprogramme umgesetzt werden.

Lexikon: Begriffe rund um die perkutane Bestrahlung

Konformationsbestrahlung

Mit diesem Begriff werden alle Bestrahlungstechniken bezeichnet, bei denen das Strahlenfeld möglichst zielgenau an Tumorform und Tumorgröße angepasst werden: Ein Tumor hat eine unregelmäßige Form, und er ist vor allem nie flach, so wie er im Röntgenbild erscheint, sondern in Wirklichkeit dreidimensional. Ein verwandter Begriff ist daher 3D- oder dreidimensionale Strahlentherapie. Die Anpassung an die Form des Tumors erreicht man bei der konformalen Bestrahlung durch Filter oder Blenden.

Die dreidimensionale Planung einer Bestrahlung ist sinnvoll, wenn ein Tumor zerstört werden soll, das umliegende Gewebe aber geschont werden muss. 

Bei anderen Tumoren ist eine aufwändige Planung dagegen nicht nötig oder sogar nicht sinnvoll. Dann setzen die Strahlentherapeuten ganz konventionelle "flache" Bestrahlungsfelder ein: Nach einer brusterhaltenden Operation eines Mammakarzinoms würde es beispielsweise keinen Sinn machen, die Strahlen gezielt und dreidimensional auf die erhaltene Restbrust zu lenken. Das Feld soll vielmehr die gesamte Brustregion und gegebenenfalls sogar die Achselhöhle erreichen und im gesunden Gewebe vielleicht versteckt liegende Tumorzellen abtöten.
Der Einstrahlwinkel wird trotzdem so gewählt, dass Herz und Lunge möglichst nicht im Strahlengang liegen. Eventuell kann man das ehemalige "Tumorbett" noch  zusätzlich gezielt bestrahlen, mit einer kleineren Dosis. 

Intensitätsmodulierte Strahlentherapie (IMRT)

Die intensitätsmodulierte Strahlentherapie, abgekürzt IMRT, ist eine Weiterentwicklung der Konformationsbestrahlung.
Mit der IMRT lässt sich noch zielgenauer bestrahlen, gesundes Gewebe wird noch besser geschont: Zusätzlich zur Filterung der Strahlen wird die Einstrahlrichtung mehrfach verändert. Der Strahlengang läuft also immer durch den Tumor, aber jedesmal durch anderes gesundes Gewebe. So kann man die letztendlich erzielte Gesamtdosis sogar innerhalb des Tumors "modulieren", also verändern. Ein Tumorbereich wird beispielsweise mit einer schwachen Intensität bestrahlt, weil hier ein gefährdetes Organ  in der Nähe liegt. In einem anderen Bereich bestrahlt man mit einer hohen Intensität, weil hier der Tumor zum Beispiel sehr dick ist (mehr beim Deutschen Krebsforschungszentrum unter www.dkfz-heidelberg.de/de/medphys/projekte/imrt.html).

Die IMRT ist bereits intensiv in klinischen Studien und in der Praxis getestet worden und gilt unter Fachleuten mittlerweile als Routineverfahren. Flächendeckend  steht die IMRT in Deutschland allerdings noch nicht zur Verfügung: Sie kann zwar mit normalen Linearbeschleunigern durchgeführt werden, wenn die notwendigen Zusatzausrüstungen vorhanden sind. Wegen der umfangreichen Vorplanungen ist sie aber weit zeitaufwändiger als eine Konformationsbestrahlung. Es gibt noch dazu viele Situationen, in denen ein Krebspatient  von diesem Mehraufwand gar keinen Nutzen hätte, weil auch mit einer "normalen" Bestrahlung gute Ergebnisse bei gleich großer Sicherheit erzielt werden könnten.
Wann eine IMRT deutliche Vorteile gegenüber einer konventionellen Bestrahlung bietet und ob die Kosten für die Behandlung von den Krankenkassen übernommen werden, sollten Patienten gemeinsam mit ihren Ärzten besprechen. Die meisten Erfahrungen mit dieser neuen Technik liegen derzeit vor bei Prostatakrebspatienten, bei Patienten mit Tumoren im Schädel beziehungsweise im Kopfbereich, in Mund, Rachen oder Hals und Krebspatienten mit Tumoren des Verdauungstraktes und des Genitals. Weitere Anwendungen werden in Studien untersucht und können im Einzelfall auch in der Praxis zur Anwendung kommen.

Stereotaktische Strahlenchirurgie und "Gamma Knife"

Bei dieser Form der Therapie setzen die Strahlentherapeuten die Strahlung fast wie ein Skalpell ein: Sie zerstören Tumoren präzise mit hohen Energiedosen, so dass das Ergebnis mit einem chirurgischen Eingriff vergleichbar ist. Der Begriff "stereotaktisch" rührt dabei von der räumlichen Betrachtung des Tumors - sie setzt eine Fixierung (siehe oben) des Patienten während der Bestrahlung voraus, um die hohe Präzision der Behandlung zu gewährleisten.
Typisches Anwendungsgebiet der Stereotaktischen Radiochirurgie sind Hirntumoren. Seltener kommen auch Tumoren außerhalb des Schädels für die Behandlung infrage, etwa Patienten mit bestimmten Formen von Leber- oder Lungentumoren.
Eine stereotaktische Bestrahlung kann mit einem modernen Linearbeschleuniger und entsprechenden Fixierungssystemen durchgeführt werden. Die ersten stereotaktischen Eingriffe wurden jedoch mit so genannten "Gamma knife"-Anlagen vorgenommen, die heute noch eingesetzt werden: Sie enthalten über 200 einzelne Kobaltquellen, die durch Filter mit winzigen Bohrungen wie durch einen Helm um den Kopf des Patienten strahlen.

Intraoperative Radiotherapie (IORT)

In manchen Situationen kann es die Chancen auf Heilung vergrößern, wenn der Tumor eines Patienten während einer Operation direkt bestrahlt wird: Die Chirurgen haben schon Tumormasse entfernt und dazu das zu treffende Gewebe freigelegt. Organe in der Umgebung, die bei einer konventionellen Bestrahlung gefährdet wären, können kurzfristig zur Seite gedrängt werden.
Infrage kommt die IORT zum Beispiel bei Bestrahlungen im Bauchraum, weil man etwa Darmschlingen, die Nieren oder die Leber so besser schützen kann. Meist wird allerdings nur ein Teil der Gesamtdosis bei der Operation gegeben, und die Patienten müssen sich im Anschluss noch einer weiteren, dann perkutanen Bestrahlung unterziehen.

Ionentherapie: Protonenbestrahlung, Schwerionenbestrahlung oder Partikeltherapie

Die Therapie mit Protonen oder anderen, schwereren Ionen, also mit geladenen Teilchen, ist noch Gegenstand der Forschung: Weltweit stehen nur wenige Bestrahlungseinrichtungen zur Verfügung. Ein großer Teil ihrer Kapazität wird außerdem nicht zur Therapie, sondern zur Forschung genutzt.  

Einrichtungen zur Bestrahlung mit Ionen gibt es auch in Deutschland, allerdings an wenigen Standorten: in Heidelberg, München und Berlin (dort nur Augentumoren). 
Ein Zentrum in Marburg besteht bereits, aus organisatorischen Gründen sollen dort jedoch erst ab 2015 Patienten behandelt werden, in Kooperation mit dem Universitätsklinikum Heidelberg. In Dresden soll Ende 2014 der Betrieb beginnen, in Halle/Saale etwa 2017. Eine Liste weiterer Zentren weltweit ist abrufbar beim Universitätsklinikum Heidelberg unter www.klinikum.uni-heidelberg.de/Therapie-Anlagen-weltweit.113000.0.html.   

Warum dauert es so lange, und warum gibt es so wenige Zentren für diese innovative Behandlung? Die technische Umsetzung der Ionenbestrahlung ist extrem aufwändig und sehr teuer. Und auch langfristig gilt: Längst nicht alle Patienten, die wegen einer Krebserkrankung bestrahlt werden müssen, benötigen auch eine Schwerionentherapie - oft sind die "klassischen" Verfahren für sie völlig ausreichend oder sogar besser geeignet.

  • Wo große Tumoren bestrahlt und auch verstreute, nicht sichtbare Krebszellen erreicht werden soll, wäre eine so zielgerichtete Therapie gar nicht sinnvoll.

Trotzdem gehört dieser Bereich zu den am meisten beachteten Gebieten in der Radioonkologie: Die verwendeten Protonen oder schwerere Ionen geben ihre Energie erst frei, wenn sie beim Durchdringen des Gewebes eine bestimmte Geschwindigkeit unterschreiten. So lässt sich die Hauptdosis gezielt auf den Tumor steuern. Das darüber liegende Gewebe wird weitgehend geschont,  und auch auf unter der Geschwulst liegende Organe trifft kaum noch Strahlung auf.

Hier drei Beispiele für aktuelle Anwendungen:

  • Die Protonentherapie bietet zum Beispiel bei Aderhautmelanomen, einer Form von Augentumoren, die Möglichkeit, hohe Strahlendosen punktgenau auf die meist kleinen Tumoren aufzubringen.
  • Mit der Schwerionentherapie bieten sich zum Beispiel bei Tumoren der Schädelbasis Vorteile, weil sich trotz höherer Dosen eine bessere Schonung gesunden Gewebes als mit herkömmlicher Bestrahlung erzielen lässt - für betroffene Patienten kann hier der Unterschied zwischen Heilung oder Querschnittslähmung liegen.
  • Bei Patienten mit Tumoren in Kopf und Hals ist diese Schonung ebenfalls wichtig: So ist es zum Beispiel möglich, Speicheldrüsen zu schonen, was Patienten eventuell langfristige Probleme mit Mundtrockenheit erspart. 

Praktisch alle Anwendungen finden derzeit noch im Rahmen klinischer Studien statt.

  • Für Tumorerkrankungen, die sich auch mit den gängigen Verfahren gleich erfolgreich behandeln lassen, kommt die Ionentherapie dagegen eher nicht infrage.

Radiochemotherapie, Kombination mit zielgerichteten Medikamenten

Bei einigen Tumorerkrankungen spielt heute die Kombination von Bestrahlung und Chemotherapie eine Rolle. Dazu gehören unter anderem das Zervixkarzinom (Krebserkrankung des Gebärmutterhalses) oder das Rektumkarzinom (Krebs des Enddarms), wo man so versucht, Patienten große und verstümmelnde Operationen zu ersparen.
Krebsmediziner setzen bei dieser Therapieform auf eine Wirkungsverstärkung: Die zur Chemotherapie verwendeten Zytostatika wirken als so genannte Radiosensitizer, weil sie das Tumorgewebe viel strahlenempfindlicher machen. Die zeitliche Abstimmung und enge Verzahnung von Chemotherapie und Bestrahlung spielt hier eine besondere Rolle, um die Schäden an den Krebszellen möglichst zielgenau zu setzen und ihnen keine Zeit zur Regeneration zu bieten.
Die Radiochemotherapie gehört zu den Behandlungsformen, die für Patienten belastend und mit vergleichsweise vielen Nebenwirkungen verbunden sind. Die Kombination wird daher nur dann eingesetzt, wenn sie Betroffenen wesentliche Vorteile in der Kontrolle ihrer Erkrankung bietet.
In vielen Studien wird derzeit untersucht, inwiefern die Strahlentherapie sich auch mit neuen spezifischen Krebsmedikamenten ("targeted therapies", molekularbiologische Medikamente) kombinieren lässt.

Brachytherapie: Bestrahlung von innen

Bei der Brachytherapie wird nicht perkutan durch die Haut bestrahlt, sondern durch Einlegen strahlender Substanzen in den Tumor oder zumindest in eine Körperhöhle in seiner Nähe.
Häufig werden dazu so genannte Seeds verwendet, etwa bei der Bestrahlung von Prostatatumoren: Seeds sind winzige radioaktive Metallteilchen. Der Arzt führt sie über Hohlnadeln direkt in den Tumor ein. Gelegentlich wird daher auch der Begriff "Spickung" verwendet. Die Strahlung hat eine Reichweite von nur wenigen Millimetern, und ihre Halbwertzeit ist kurz. Ist die Strahlung erst einmal abgeklungen, können die Seeds gefahrlos im Körper verbleiben.
Der Eingriff wäre theoretisch ambulant durchführbar. Die erforderliche Schmerzbetäubung während der Seed-Platzierung und die Kontrolle ihres Sitzes und der abgegebenen Strahlung sind bei einem kurzen Krankenhausaufenthalt aber meist leichter zu organisieren.
In den ersten Tagen sollten Patienten sehr engen körperlichen Kontakt mit Schwangeren oder Kindern vermeiden, so die Empfehlung von Strahlenexperten. Isolieren müssen sich  mit Seeds behandelte Patienten aber meist nicht. Besuche, die Begrüßung mit Handschlag oder Umarmung, der Aufenthalt im selben Zimmer usw. stellen selbst direkt nach der Behandlung kein Problem dar.

Afterloading

Beim so genannten Afterloading verwenden die Strahlentherapeuten stärkere Strahlungsquellen. Sie bleiben dafür nur wenige Stunden im Körper. Der Begriff "Afterloading" kommt aus dem Englischen und bedeutet "Nachladeverfahren".
Infrage kommt das Verfahren zum Beispiel bei der Behandlung von Enddarmkrebs, wenn versucht werden soll, den Schließmuskel zu erhalten, oder bei der Therapie von Zervixkarzinomen.
Die Positionierung geschieht in ähnlicher Weise wie bei den Seeds meist unter Teilnarkose und während eines stationären Aufenthalts. Die eigentliche Bestrahlung dauert abhängig von der notwendigen Planung,  der Platzierung der Sonden und der gewünschten Dosis meist mehrere Stunden. Üblicherweise wird mehrfach im Abstand von einigen Tagen bestrahlt, die Patienten bleiben in der Zwischenzeit im Krankenhaus.
An eine Afterloading-Therapie schließt sich unter Umständen eine konventionelle perkutane Bestrahlung an, bis die vorgesehene Gesamtstrahlendosis erreicht ist.
Da die Strahlungsquellen beim Afterloading direkt im Anschluss an die Behandlung wieder entfernt werden, müssen Patienten keine Vorsichtsmaßnahmen bei Umgang mit anderen Menschen treffen.

Das gehört auch dazu: Hyperthermie, Ultraschall, UV, Licht

In der Medizin hat auch die Anwendung nichtionisierender Strahlung einen festen Stellenwert. Dazu zählen
- elektromagnetische Wellen im Mikrowellenbereich, zum Beispiel zur Überwärmung von Gewebe in der Krebstherapie - mehr dazu im Text "Hyperthermie",
- Ultraschallanwendungen nicht nur zur Untersuchung, sondern inzwischen auch zur Therapie - mehr im Text "Ultraschall" und zum Beispiel zum hochfokussierten Ultraschall (HIFU) beim Thema "Prostatakrebs".
- Die Anwendung ultravioletten Lichts hat in der Krebsmedizin ebenfalls einen Stellenwert, auch wenn von UV wie von ionisierenden Strahlen ein Risiko der Langzeitschädigung ausgeht. Ein Beispiel ist die so genannte PUVA-Therapie bei Lymphomen der Haut.
Die Photodynamische Therapie besteht aus einer Kombination von Medikamenten und der Bestrahlung mit gefiltertem Licht. Die Medikamente reagieren unter Licht bestimmter Wellenlängen in einer chemischen Reaktion mit Sauerstoff zu ihrer eigentlich wirksamen Form. Die oft als PDT abgekürzte Behandlung kann in der Onkologie zum Beispiel zur Behandlung von Hauttumoren eingesetzt werden.