Dosisakkumulation in der
MRT-geführten adaptiven Strahlentherapie des Prostatakarzinoms

Durch die Integration von Magnetresonanztomografie und Bestrahlungsgerät in sogenannten „MR-Linacs“ ist eine neue Ära der bildgeführten Strahlentherapie angebrochen. Erstmals erlauben diese Geräte die Anpassung des Bestrahlungsplans an die tagesaktuelle Patientenanatomie. Allerdings fehlt bislang die akkurate Nachverfolgung der in allen Behandlungssitzungen verabreichten Gesamtdosis der Bestrahlung. Ziel des von der Wilhelm Sander-Stiftung unterstützten Forschungsprojektes von Dr. rer. nat. Christopher Kurz an der Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie und Radioonkologie des LMU Klinikums, München, ist es, diese Wissenslücke zu schließen. Damit wäre zukünftig eine noch effektivere und schonendere Strahlentherapie, unter anderem beim Prostatakarzinom, möglich.

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Dr. rer. nat. Christopher Kurz
Dr. rer. nat. Christopher Kurz, LMU Klinikum, München
©LMU Klinikum

 

Mehr als die Hälfte aller Krebspatienten muss sich im Rahmen ihrer Therapie einer Strahlenbehandlung unterziehen. Diese hat zum Ziel, durch ionisierende Strahlung alle Tumorzellen in mehreren Behandlungssitzungen, sogenannten Fraktionen, abzutöten. Gleichzeitig müssen alle umgebenden gesunden Gewebe bestmöglich geschont werden. Eine zielgenaue Verabreichung (Applikation) der Strahlung ist also von größter Wichtigkeit.

Erst vor wenigen Jahren ist es der Forschung gelungen, die Bildgebung mittels Magnetresonanztomographie (MRT) und den Bestrahlungsapparat (Linac) in einem einzigen Gerät zu integrieren, dem sogenannten „MR-Linac“. In Deutschland sind derzeit drei dieser MR-Linacs im klinischen Einsatz, unter anderem in der Klinik und Poliklinik für Strahlentherapie und Radioonkologie des LMU Klinikums, München. Die medizinische Forschung setzt große Hoffnungen in die neu entwickelte Technologie, denn die Geräte erlauben es, den Tumor sowie alle benachbarten Risikoorgane direkt vor der Applikation der Bestrahlung mit hohem Weichteilkontrast genau zu visualisieren und die Behandlung im Falle anatomischer Veränderungen jeden Tag zielgenau anzupassen. Darüber hinaus bieten die Geräte die Möglichkeit, die exakte Position des Tumors während der Bestrahlung durch zeitlich hochaufgelöste MRT-Bildgebung kontinuierlich zu verfolgen.

Damit ermöglicht die Bestrahlung mittels MR-Linac, die notwendigen Sicherheitssäume um das Tumorgewebe deutlich zu verkleinern. Diese werden typischerweise eingesetzt, um auch im Falle anatomischer Veränderungen die Bestrahlung aller Tumorzellen sicherzustellen. Die innovative bildgeführte adaptive Strahlentherapie erlaubt durch die Verkleinerung der Sicherheitssäume jetzt höhere Dosen im Tumor selbst bei gleichbleibenden oder niedrigeren Dosiswerten in den empfindlichen umgebenden Risikoorganen.

Eine weitverbreitete Tumorart, deren Behandlung von diesen technologischen Entwicklungen besonders profitiert, ist das Prostatakarzinom. Gerade hier kann es zu beträchtlichen anatomischen Verschiebungen im Verlauf der Behandlungseinheiten kommen, zum Beispiel durch Variationen in der Füllung von Blase und Rektum.

Gleichwohl die Therapie mittels MR-Linac täglich angepasst werden kann, fehlt bislang noch die genaue Kenntnis der in allen Behandlungsfraktionen insgesamt verabreichten Strahlendosis. Dies ist jedoch für die retrospektive
Korrelation mit Therapieresultaten und möglichen Nebenwirkungen von entscheidender Bedeutung.

Das Projekt des Forschungsteams um Dr. rer. nat. Christopher Kurz setzt genau an dieser Fragestellung an: In einem ersten Schritt versuchen die Wissenschaftler, mithilfe von künstlicher Intelligenz und tiefen neuronalen Netzwerken relevante Strukturen, wie etwa die Prostata, die Blase und das Rektum, zu erkennen und zu segmentieren. Im Anschluss daran soll zielgerichtet in diesen Bereichen die Dosis aller Bestrahlungsfraktionen auf ein gemeinsames Referenzbild übertragen und dort akkumuliert werden.

Ablauf einer MRT-geführten adaptiven Bestrahlung
Ablauf einer MRT-geführten adaptiven Bestrahlung: Vor Beginn der Behandlung (schwarz umrahmt) werden zunächst ein Planungs-CT und -MRT aufgenommen, auf denen der Tumor sowie alle relevanten Risikoorgane segmentiert werden. Anschließend wird bei der Bestrahlungsplanung die zu applizierende Dosis (farbiger Overlay) optimiert. Am Tag der jeweiligen Behandlungsfraktion (blau umrahmt) wird nun zuerst ein MRT in der Behandlungsposition aufgenommen (In-room-MRT), auf dessen Basis die Bestrahlung adaptiert werden kann, bevor sie verabreicht wird. Im aktuellen Projekt (grün umrahmt) wird nun erforscht, wie sich die tatsächlich applizierte, adaptierte Dosis der einzelnen Behandlungsfraktionen auf ein gemeinsames Referenzszenario (Bestrahlungsplanung) übertragen lässt und sich dort akkumuliert.
© Christopher Kurz

 

Im letzten Teil seiner Arbeiten untersucht das Team, wie sich die bis zu einem bestimmten Zeitpunkt der fraktionierten Behandlung bereits akkumulierte Dosis nutzen lässt, um die Bestrahlung in den verbleibenden Sitzungen bestmöglich anzupassen. Hierdurch erhoffen sich die Forscher, die Effektivität der Behandlung weiter zu optimieren und sie zugleich für die Patienten noch schonender zu gestalten.

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