Adaptive Strahlentherapie: Präzise Anpassung von Bestrahlungen in Echtzeit

Während einer Strahlen­therapie kann es durch Tumor­verkleinerung, Gewichts­verlust oder unter­schiedliche Organ­füllungen zu anatomischen Veränderungen kommen. Die adaptive Radio­therapie reagiert darauf gezielt: Bei der Offline-Adaption (OffART) wird mittels KI aus dem Lagerungs-CT ein neuer Plan erstellt und mit dem ursprünglichen verglichen. Die Online-Adaption (OnART) geht noch weiter – hier wird der Plan direkt vor oder während der Sitzung vollständig angepasst. Dank künstlicher Intelligenz und komplexer Prüf­algorithmen gelingt dies innerhalb von nur zehn Minuten – für eine besonders präzise und effektive Behandlung.

OffART und OnART kommen je nach Tumor­art und Veränderungs­dynamik gezielt zum Einsatz. OffART eignet sich besonders bei langsam verlaufenden ana­tomischen Veränderungen, etwa bei Brust-, Lungen- oder Kopf-Hals-Tumoren. Durch die Kombination mit Atem­gating kann zusätzlich die Atmungs­bewegung berücksichtigt werden. OnART hingegen ist ideal für den Bauch­raum und wird bei Prostata-, Darm- oder Blasen­krebs eingesetzt, da hier täglich schwankende Organ­füllungen vorliegen. Diese lassen sich nur durch eine sofortige Plan­an­passung zu­verlässig erfassen und therapieren.

Dieses Verfahren wird insbesondere wegen der außer­gewöhnlichen Präzision in der Bestrahlungs­planung  und -anpassung verwendet. So können das umliegende Gewebe und Organe geschont und gleich­zeitig die Effektivi­tät der Be­strahlung maximiert werden.

Die adaptive Behandlungs­planung beginnt mit einem Planungs-CT, auf dessen Basis ein erster Entwurf der Tumor­region und der Risiko­organe mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) erstellt wird. Dieser Entwurf wird anschließend vom behandelnden Strahlen­therapeuten geprüft und finalisiert. Die Medizin­physik erstellt darauf­hin die Bestrahlungsplanung. Nach vollständiger Freigabe und Abschluss aller Prüf­prozesse wird der Patient im Linear­beschleuniger (LINAC) gelagert und ein Lagerungs-CT (IGRT) durchgeführt.

Grundsätzlich ist für Strahlen­therapien am Ober­körper (z.B. Brust, Lunge) die OffART ideal, da Änderungen langsam innerhalb von Tagen erfolgen. Durch das Verfahren kann fest­gestellt werden, ob der aktuelle Plan noch ideal ist oder eine Anpassung erfolgen sollte.
Bei der Strahlentherapie im Becken (z.B. Prostata, Enddarm, Endometrium) sind die Lagerungsänderungen vor allem durch Darm und Blase bedingt. Diese Veränderungen müssen vor jeder Behandlung überprüft und berücksichtigt werden. Hier die OnART ideal, da diese bei jeder zweiten bis dritten Behandlung relevant wird.

Die Wahl des adaptiven Ver­fahrens richtet sich nach der Tumor­art und den zu erwartenden ana­tomischen Veränderungen. Bei Brust- und Lungen­krebs ist OffART ideal, da Ver­änderungen lang­sam erfolgen und mithilfe von Ober­flächen­lasern auch Atem­bewegungen präzise berück­sichtigt werden können. Eine tägliche Plan­anpassung ist hier nicht erforderlich. Bei Prostata-, gynäkologischen Tumoren und Darm­krebs hingegen ändern sich Lage und Organ­füllung täglich. OffART wäre hier wenig effektiv – statt­dessen ermöglicht OnART eine tages­aktuelle Anpassung der Bestrahlung in Echtzeit, direkt vor der Behandlung.

Zentrale Heraus­forderung in der Bestrahlungs­planung ist es, dass die Dosis im Körper­inneren von außen durch gesundes Gewebe appliziert werden muss. Bei der IMRT werden zunächst im Planungs CT durch eine künstliche Intelligenz (KI) die Organe präzise erkannt und an­schließend von einem Arzt das Ziel­gebiet festgelegt. Nun wird in sehr auf­wändigen Berechnungen ermittelt, wie mit fast unendlich vielen Einzel­bestrahlungen die Dosis optimal angewandt werden kann.

Weil dies zu sehr langen Behandlungs­zeiten führt, erfolgt die Bestrahlung meist als VMAT, Rapid Arc® in einem Bogen durch­geführt und dauert nur 3 Minuten.

Eine perfekte Bestrahlungs­planung kann nur erfolgreich sein, wenn die Dosis mit der gleichen Präzision abgegeben werden kann. Die optimale Lagerung des Patienten ist hierbei besonders kritisch. ELEKTA hat hier mit dem Hexapod die innovative Lösung. Nach dem Lagerungs CT (IGRT) wird durch einen Roboter­tisch automatisch eine Korrektur durchgeführt.

Laser überwachen mit 3D-Holographie in Echtzeit, ob die Lagerung den Vorgaben entspricht. Da durch die Laser keine Belastung mit Röntgen­strahlung erfolgt, werden diese während der gesamten Behandlung angewendet. So wird sicher­gestellt, dass versehentliche Bewegungen des Patienten, die unvermeidlich sind, erkannt und bewertet werden. Weiter­hin unterstützen die Holo­gramme uns bei der täglichen Lagerung, sodass Haut­markierungen nur noch im Einzel­fall notwendig sind.

Mit der integrierten Computer­tomographie, dem XVI-System von ELEKTA, kann vor jeder Bestrahlung die korrekte Lagerung des Patienten im Vergleich zur Planung sichergestellt bzw. korrigiert werden. Durch IRIS, eine KI-gestützte Bild­optimierung, kann bei minimaler Röntgen­strahlung das Körperinnere optimal dargestellt werden. Dieses System ist mit seiner KI so effektiv, dass auch eine Dosis­abschätzung mit der Offline Adaptiven Strahlen­therapie (OffART) und ggf. eine sofortige Umplanung durch Online Adaptiven Strahlen­therapie (OnART) erfolgen kann.