Um Tumoren hochpräzise bestrahlen zu können, muss das Tumorgewebe sowohl in seiner Ausdehnung als auch in seiner Position genau bestimmt werden. Mit den bildgebenden Messverfahren der Computertomographie (CT) und der Magnetresonanztomographie (MRT) können sowohl anatomische, strukturelle und funktionelle Informationen des interessierenden Körperbereiches mit hoher Genauigkeit gewonnen werden. Zusätzlich ermöglicht die Technik der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) die Untersuchung des Stoffwechsels (Metabolismus). Die Fusion der verschiedenen Bildinformationen liefert somit ein detailliertes dreidimensionales Bild des betrachteten Gewebes und lässt die Klassifizierung verschiedener Gewebebereiche zu, auf deren Basis die Strahlentherapie geplant wird.

Abbildung 1: Die Computertomographie (CT), Magnetresonanztomographie (MRT) und Positronen-Emissions-Tomographie (PET) sind unterschiedliche bildgebende Verfahren mit deren Hilfe anatomische, strukturelle und metabolische Veränderungen sichtbar gemacht werden können.

3D- und 4D-Bildgebung / neuartige Marker zur Positionierung

Tumoren im Kopf- und Halsbereich bewegen sich kaum. Viele andere Tumore im Körper bewegen sich hingegen, so zum Beispiel Lungentumoren, Lebertumoren oder Tumoren der Bauchspeicheldrüse. Die Bauchspeicheldrüse etwa bewegt sich kontinuierlich durch den Herzschlag, durch die Atmung und durch die Magen- bzw. Darmfüllung im Bauchraum. Um in solchen Fällen eine genaue Bestrahlung zu ermöglichen, ist es notwendig, die Bewegung des Tumors und der umliegenden Risikoorgane zu berücksichtigen. Dies wird auch vier-dimensionale (4D-) Bestrahlungsplanung genannt.

Der Forschungsschwerpunkt der Gruppe liegt auf 3D- und 4D- Bildgebungstechniken für die hochpräzise Strahlentherapie bei (beweglichen) Tumoren. Innovative Techniken sollen zunächst genauestens untersucht und anschließend in die klinische Anwendung überführt werden.

Abbildung 2: Behandlungsplan für die Protonenbestrahlung eines Patienten mit einem Tumor der Bauspeicheldrüse. Durch die Goldmarker (blaue Kreise) lässt sich das berechnete Zielgebiet für die Bestrahlung (rot) genau für die Behandlung positionieren.

Die Wissenschaftler erforschen zudem innovative Marker für die Bestrahlung mit Photonen und Protonen. Diese dienen dazu, die Position des Tumors bei aufeinanderfolgenden Bestrahlungsterminen präzise bestimmen zu können. Ein Beispiel hierfür sind hauchdünne Goldfäden und Gelmarker, die am Tumorrand implantiert werden und auf Röntgenaufnahmen (einschl. CT) und in der MRT gut zu sehen sind.

Individualisierte Behandlung

Das Bildmaterial, welches zur Diagnostik, Therapieplanung und zur Überprüfung der Positionierung von jedem Patienten gewonnen wird, steht darüber hinaus auch zur Kontrolle der Therapie zur Verfügung. Damit werden der Verlauf und die Wirksamkeit der Behandlung überprüft und die Therapie gegebenenfalls entsprechend angepasst. Auf dieser Basis erhalten Patienten eine personalisierte Behandlung mit maximaler Wirkung auf das Tumorgewebe und minimalen Nebenwirkungen auf das gesunde Gewebe. 

Trotz der Empfindlichkeit aktueller bildgebender Verfahren, sind feinste Tumorzellausläufer am Rand von Tumoren nicht feststellbar. Damit solche Bereiche dennoch eine hinreichende Bestrahlungsdosis erhalten, wird um den erkennbaren Tumor ein großzügiger Sicherheitssaum eingeplant. Die bisherigen Arbeiten zu den mikroskopischen Tumorausläufern wurden auf relativ kleiner Datenbasis und mit veralteten Methoden durchgeführt. Um den aktuellen Herausforderungen der adaptiven Photonen- und Protonentherapie maximal gerecht werden zu können, haben wir gezielte Forschungsprojekte zu diesem Thema initiiert. Die Arbeitsgruppe versucht deshalb Methoden zu entwickeln, um das Auftreten und das Ausmaß dieser Ausläufer möglichst präzise und patientenindividuell vorherzusagen.

Neben der kliniknahen Forschung – in enger Kooperation zwischen OncoRay und der Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie – werden neueste Therapieformen auch in Netzwerken mit nationalen und internationalen Forschungspartnern (DKFZ, DKTK, NCT, NCRO) innerhalb von Studien (DKTK-Projekt PARADIGM, Horizon 2020 Projekt IMMUNOSABR) erforscht und getestet.