Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie
 Universitätsmedizin Leipzig

IMRT

Die radioonkologische Behandlung gehört nach der Chirurgie zur wichtigsten Säule der kurativen Krebstherapie. Die intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) gehört heute zu einem gesicherten radioonkologischen Verfahren und findet eine zunehmende, flächendeckende Anwendung. Die IMRT ist herkömmlichen Therapieverfahren überlegen. In unserer Klinik wird die IMRT als Behandlungsmethode seit vielen Jahren erfolgreich bei verschiedenen Tumorerkrankungen eingesetzt.
Technische Grundlagen
Erzeugung intensitätsmodulierter Therapiefelder
Klinische Einsatzgebiete
SCIM-RT
Literaturhinweise IMRT

Bedeutung der IMRT

Die radioonkologische Behandlung gehört nach der Chirurgie zur wichtigsten Säule der kurativen Krebstherapie. Die intensitätsmodulierte Radiotherapie (IMRT) gehört heute zu einem gesicherten radioonkologischen Verfahren und findet eine zunehmende, flächendeckende Anwendung. Die Überlegenheit gegenüber herkömmlichen Verfahren (wie dreidimensionale konformale Radiotherapien) drückt sich durch

  • eine verbesserte Tumorkontrolle, vor allem aber durch
  • ein reduziertes Nebenwirkungsrisiko aus.

Sie gehört daher heute zu einem unerlässlichen Bestandteil der klinischen Versorgung. Die Durchführung der IMRT ist jedoch wegen erhöhtem Zeit und Personalbedarf deutlich aufwendiger als die übrigen modernen Bestrahlungstechniken.

Die Kliniken und Polikliniken für Radioonkologie und Strahlentherapie des Universitätsklinikums Leipzig verfügt über die IMRT und wendet sie in der klinischen Regelversorgung für kurative radioonkologische Therapien an. Die Klinik verfügt über langjährige Erfahrungen in der Entwicklung und praktischen Anwendung moderner Bestrahlungstechnologien auch unter Einschluss drei dimensionaler, konformaler Techniken und deren Weiterentwicklung, der IMRT.

Technische Grundlagen

Prinzipiell ist die intensitätsmodulierten Radiotherapie (=IMRT) eine Weiterentwicklung der dreidimensionalen konformalen Radiotherapie (3-DCRT). Die IMRT erlaubt im Gegensatz zur 3-DCRT eine Anpassung sowohl der Form als auch der Dosisintensität der Bestrahlungsfelder an irregulär konfigurierte Zielvolumina. Das Konzept IMRT beruht auf einer speziellen:

  • Dosisberechnung mit Modifikation der Dosisintensität innerhalb des Bestrahlungsfeldes (das Dosisquerprofil wird angepasst und durch einen speziellen mathematischen Algorithmus optimiert - man spricht von einer inversen Planung)
    und
  • Dosisapplikation durch zahlreiche (häufig über 50) übereinandergelagerte Bestrahlungsfelder,

die die individuell vorliegende Anatomie und die individuelle vorliegende Konfiguration des zu bestrahlenden Tumorgebietes berücksichtigt. Bestrahlungs-Planungs-Systeme für die 3-DCRT können zwar Anpassungen der Therapiefelder erreichen, eine optimale Dosisanpassung ist jedoch nicht möglich.
Die IMRT ermöglicht dadurch die Aussparung von Risikoorganen, die konkav vom Zielvolumen umgeben werden oder sogar innerhalb des Zielvolumens liegen. Hierbei stehen die Strahlenbehandlungen der

  • Tumoren des Zentralnervensystems
  • Kopf-Hals-Tumoren
  • Lungentumoren, Tumoren des Mediastinums (z.B. Ösophaguscarcinom)
  • Tumoren des Magen-Pankreas-Bereiches, des
  • Mamma-Carcinomes unter Einschluss der regionären Lymphabstromgebiete, das
  • Prostatakarzinom (auch unter Einschluss der pelvinen Lymphknotenstationen) und die
  • Tumoren der Beckenregion (z.B. gynäkologische Tumoren, Rectumcarcinom) und im Vordergrund.

Die Erzeugung optimierter dreidimensionaler konformaler Dosisverteilungen wird erst durch den Einsatz spezieller, sogenannter inverser Planungssysteme ermöglicht sowie durch die Anwendung prozessorgesteuerter Multileaf-Kollimatoren, die die Applikation der intensitätsmodulierten Therapiefelder erlauben.
Planung und Durchführung der IMRT erfordern ein hohes Maß an Expertise und die Formalisierung standardisierter Abläufe zur Qualitätssicherung, die zeitlich deutlich aufwändiger sind als die Prozesse bei der 3-DCRT (Galvin et al., 2004).

Erzeugung intensitätsmodulierter Therapiefelder (IMRT)

Die IMRT kann durch eine Rückberechnung der Daten zur Anatomie und des Zielgebietes („inverse treatment planning") eine Optimierung der Dosisverteilung im Zielgebiet unter optimaler Schonung des normalen umgebenden Gewebes erreichen. Die Umsetzung der Dosisberechnung erfolgt durch multiple, unterschiedlich konfigurierte, übereinander lagernde Therapiefelder. Die Konfiguration dieser unterschiedlichen Therapiefelder wird durch prozessorgesteuerte Lamellenkollimatoren erreicht (sogenannte Multileaf-Kollimatoren). Darüber hinaus werden die Therapiefelder aus unterschiedlichen, individuell berechneten Richtungen appliziert.

Die Berechnung der Dosis im Zielvolumen wird mit einer voraus berechneten Begrenzung der Dosis in den benachbarten Risikoorganen verbunden. Hierdurch wird

  • eine optimale Dosisverteilung im Zielgebiet sowie
  • eine optimale Schonung der benachbarten Risikoorgane

erreicht.
Das System ist außerdem dazu in der Lage, die biologischen Eigenschaften der einzelnen Gebiete (Tumorregion und Normalgewebe) (="biologische Bestrahlungsplanung").

Abbildung 1 zeigt die schematische Darstellung der Felderzeugung bei der intensitätsmodulierten Radiotherapie. Ein prozessorgesteuerter Multileaf-Kollimatoren erzeugt eine Modifikation der Dosisintensität über das Dosisquerprofil. Die Intensität der Dosis wird hier in unterschiedlichen Graustufen abgebildet. Das Verfahren wird auch „Dosepainting" genannt. Die prozessorgesteuerten Multileaf-Collimatoren erzeugen eine Sequenz unterschiedlich konfigurierter Therapiefelder. Hieraus resultiert schließlich die Modifikation der Dosisintensität.

Abb.1: Felderzeugung bei IMRT
IMRT-Ima1 Plus Symbol Felderzeugung bei IMRT

Notwendige Qualitätssicherungsprozesse

Die intensitätsmodulierte Radiotherapie wird bei der fraktionierten Strahlenbehandlung eingesetzt, d. h., die Gesamtbehandlung erfolgt in mehreren Einzelsitzungen (in der Regel 20 bis 40 Sitzungen in der kurativen Krebstherapie). Die Therapiefelder müssen zu jeder Sitzung präzise appliziert werden. Nur hierdurch werden die Möglichkeiten der intensitätsmodulierten Radiotherapie (IMRT) optimal genutzt.
Die intensitätsmodulierte Radiotherapie wird daher in standardisierte Qualitätssicherungsprozesse eingebettet (sog. SOP's).

Abb.2: standardisierter Ablauf IMRT
IMRT-Ima2 Plus Symbol standardisierter Ablauf IMRT

Sogenannte "Standard operation procedures" für die Bestrahlungsplanung und Durchführung der Strahlentherapie bei intensitätsmodulierter Radiotherapie. Die Verfahrensweisen entsprechen in den wesentlichsten Elementen der stereotaktischen, fraktionierten Radiotherapie.

Bei der computergestützten Bestrahlungsplanung erfolgt eine Segmentierung des gesamten Zielgebietes unter Einschluss der Risikoorgane mit Definition der einzelnen Zielvolumina. Feldkonfiguration und Dosiskalkulation folgen. Die Bestrahlungsplanung wird während der Simulation auf den Patienten übertragen. Die Übertragung des Isozentrums wird am Bestrahlungsgerät durch unterschiedliche Verifikationsprozesse kontrolliert.

Der standardisierte Ablauf gewährt eine sichere und reproduzierbare Therapie. Nach eigenen Berechnungen beträgt die geometrische Präzision der Applikation dieser Therapie im Kopf-Hals-Bereich im Mittel 2 - 3 mm, im Beckenbereich 4 - 5 mm. Diese quantitativen Daten werden bei der Therapieplanung berücksichtigt. Hieraus ergeben sich zusätzlich Grenzwerte für etwaige Optimierungsprozesse während der Strahlenbehandlung.

Klinische Einsatzgebiete

Die intensitätsmodulierte Radiotherapie konnte sich inzwischen bei der Radiotherapie zahlreicher Tumorerkrankungen etablieren. Die Erfahrungen basieren auf klinischen Untersuchungsserien, aber auch auf Vergleichsuntersuchungen zwischen herkömmlichen 2-dimensionalen Therapietechniken, 3-dimensionalen konformalen Techniken und der IMRT.

Im Mittelpunkt der klinischen Untersuchungsserien steht die Verbesserung der Tumorkon-trolle bei einer Reduktion der Nebenwirkungsprofile. Die Hauptzielrichtung des Einsatzes der IMRT konzentriert sich daher auf:

  • Verbesserung der lokalen Tumorkontrolle, dadurch Verbesserung der kurativen Therapiechancen, durch bessere Erfassung des Tumorgebietes und die Möglichkeit einer lokalen Dosiserhöhung.
  • Senkung der akuten Nebenwirkungen, vor allem aber des Spätfolgenrisikos. Dadurch kommt es zu einer Vermeidung von zusätzlichen Begleittherapien und teilweise intensiven Folgetherapien.
  • Dadurch wird eine Verbesserung der Lebensqualität geheilter Patienten erreicht sowie eine Kostenreduktion durch Vermeidung von Folgetherapien.

Die IMRT-Technik mit integriertem Boost bei einem Patienten mit Nasopharynxkarzinom und Beteiligung der regionären Lymphknotenstationen. Die Dosisverschreibung im makroskopi-schem Tumor (primärer Tumorsitz und beteiligte Lymphknoten): 70,2 Gy. Die benachbarten nicht beteiligten Lymphknoten erhalten eine kumulative Dosis von 61,2 Gy. Die nächstbenachbarten Lymphknoten mit einem niedrigen Risiko für eine Mitbeteiligung erhalten kumulativ 54,0 Gy. Das Dosiskonzept wird simultan appliziert, so dass hierdurch eine Verkürzung der Gesamtbehandlungszeit resultiert.

Abb.3a : Transversalschnitt eines IMRT Planes mit Darstellung der Dosisverteilung (Isodosenlinien)
IMRT-Ima3a Plus Symbol Axialschnitt IMRT

Abb.3b : Koronarschnitt eines IMRT Planes mit Darstellung der Dosisverteilung (Isodosenlinien)
IMRT-Ima3b Plus Symbol Koronarschnitt IMRT

3-dimensionaler konformaler Bestrahlungsplan und IMRT-Plan bei der Strahlenbehandlung eines Prostatakarzinomes. Die IMRT erreicht eine konformere Erfassung des Zielvolumens bei einer besseren Aussparung der Rektumvorderwand. Hier Darstellung der Isodosenver-teilung in axialer Schnittführung und sagittaler Schnittführung.

Abb.4a: Axialschnitt Isodosenverteilung 3-D-konformale Therapie
IMRT-Ima4a Plus Symbol Axialschnitt Isodose 3-D Konformal

Abb.4b: Axialschnitt Isodosenverteilung IMRT
IMRT-Ima4b Plus Symbol Axialschnitt Isodose IMRT

Abb.4c: Sagittalschnitt Isodosenverteilung 3-D-konformale Therapie
IMRT-Ima4c Sagitalschnitt Isodose 3-D Konformal

Abb.4d: Sagittalschnitt Isodosenverteilung IMRT   
IMRT-Ima4d Sagitalschnitt Isodose IMRT

Abb.4e: Dosisvolumenhistogramm des Patienten
IMRT-Ima4e Plus Symbol DVH

Vor allem im Hochdosisbereich erreicht die IMRT eine deutliche Schonung der Rektum-schleimhaut.

Abb.5: Vergleich IMRT 3-dimensionale konformale Radiotherapie (3 Jahre biochemisch rezidivfreies Überleben und Toxizitätsprofil für Rektum) Dosiskonzept : IMRT: 70,0 Gy in 28 Fraktionen, Einzeldosis 2,5 Gy (sog. akzeleriertes hypofraktioniertes Konzept) 3-konformale Radiotherapie: konventionelle Fraktionierung 78,0 Gy in 39 Fraktionen, Einzeldosis 2,0 Gy (konventionelle Fraktionierung) (Kupelian et al., 2004)
IMRT-ima5 Plus Symbol Vergleich IMRT-3-D Konformale Therapie

Abb. 6: Kaplan/Meyer-Kurve biochemisch rückfallfreies Überleben
IMRT-Ima6 Plus Symbol K-M-Kurve Überleben

SCIM-RT „Short-Course-intensity Modulated Radiotherapy"

CRT: conformal Radiotherapy.Die biochemisch rückfallfreien Überlebenszeiten nach hypofraktionierter IMRT (SCIM-RT) liegen über denjenigen nach konformaler Radiotherapie (CRT). Aufgrund der geringen Fallzahlen sind die Unterschiede statistisch nicht signifikant (Kaplan-Meyer-Kurve der Grad III späten Nebenwirkungen am Rektum). Die SCIM-RT war mit deutlich weniger Spätnebenwirkungen verbunden. Die Unterschiede waren grenzwertig nicht signifikant. Auch hier sind die Fallzahlen zu gering, um etwaige Signifikanzen nachweisen zu können.

Weiterführende Literatur zum Thema IMRT

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Letzte Änderung: 14.04.2015, 11:30 Uhr | Redakteur: ww
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