Weltweit höchste Präzision bei einer Bestrahlung
Im HIT wird durch eine spezielle Bestrahlungsmethode, dem so genannten „Intensitätsmodulierten Rasterscan-Verfahren“, eine weltweit niemals zuvor erreichte Präzision in der dreidimensionalen Bestrahlung von Tumoren erreicht. Maßgeschneiderte Strahlenbündel ummanteln den Tumor millimetergenau – ähnlich wie ein Fingerhandschuh die Hand hautnah umhüllt – und bestrahlen das gesamte Tumorvolumen. „Intensitäts-moduliert“ heißt, dass der Behandlungsstrahl im Querschnitt betrachtet in mehrere Bereiche unterteilt ist, die alle eine unterschiedliche Strahlenintensität haben – ganz wie es die Strahlenempfindlichkeit des Tumors und seines Nachbargewebes erlauben. Das macht dieses Verfahren so präzise. Für Photonen kommt die Intensitätsmodulation schon seit einigen Jahren zum Einsatz, für Ionen ist sie neu.
Festlegung des Zielpunktes der Bestrahlung
Der Strahl tastet den Tumor ab
Das Rasterscan-Verfahren wurde unter der Leitung von Prof. Dr. Thomas Haberer, Wissenschaftlich-technischer Direktor des HIT, beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (GSI), Darmstadt, entwickelt. Es funktioniert so: Mit Hilfe eines Computertomografen wird der Tumor in seinen genauen Konturen bildlich dreidimensional dargestellt und anschließend im Rechner in digitale Scheiben von jeweils einem Millimeter Stärke „geschnitten“. Die Computer-Software belegt jede Tumorscheibe schachbrettartig mit nebeneinander liegenden Bildpunkten und berechnet für jeden Punkt die notwendige Eindringtiefe der Strahlung und die höchstmögliche Strahlendosis. Der intensitätsmodulierte Ionenstrahl tastet dieses Raster millimetergenau ab und verweilt so lange auf einem Punkt, bis die zuvor berechnete Strahlendosis erreicht ist. Liegen empfindliche Organe direkt am Tumor, wird an dieser Stelle mit einer geringeren Dosis bestrahlt. Für Tumorareale, die extrem widerstandsfähig gegen Strahlung sind, wählen die Ärzte eine höhere Dosis.
Das Rasterscan-Verfahren (Quelle und (c): Stern)
Spulen von Strahlführungsmagneten zur Führung und Bündelung des Ionenstrahls - Magnetic bobbins for direct bundle of Ion rays
Magnetfelder lenken das Strahlenbündel
Der Ionenstrahl kann während der Bestrahlung so präzise gesteuert werden, weil geladene Teilchen sich mit Hilfe von Magnetfeldern in verschiedene Richtungen lenken lassen. Wie weit der Strahl ins Gewebe vorstößt, hängt dagegen von seiner Energie ab: Je mehr die Teilchen im HIT beschleunigt werden, d.h. je schneller und damit energiereicher der Ionenstrahl ist, desto tiefer dringt er in den Körper ein.
Die Online-Therapie-Kontrolle
Mit der Online-Therapie-Kontrolle ist es möglich, die Lage, Form und Intensität des Ionenstrahls bis zu 100.000 Mal pro Sekunde zu überprüfen. Fünf hochauflösende Teilchendetektoren analysieren den Therapiestrahl direkt vor dem Patienten und vergleichen ihn mit den Vorgaben der Bestrahlungsplanung. Bei der kleinsten Abweichung stoppt die Bestrahlung innerhalb von einer halben Millisekunde – das ist 1.000 Mal schneller als ein Mensch im Reflex reagiert. Dieses Verfahren gewährleistet die weltweit größte Sicherheit bei einer Strahlentherapie.
Die Technik: HIT ist Weltspitze
Es gibt auf der Welt mehrere Protonen- und Schwerionentherapie-Anlagen. Das HIT verfügt jedoch über einzigartige Merkmale, die seine Sonderstellung in Europa und der Welt ausmachen.
Europaweit erste kombinierte Protonen- und Schwerionentherapie-Anlage
Das HIT ist die erste Therapieanlage an einer Klinik in Europa, an der Patienten sowohl mit Protonen als auch mit verschiedenen Schwerionen bestrahlt werden können. So sind vergleichende klinische Studien möglich. Für bestimmte Tumorerkrankungen, bei denen die herkömmliche Strahlentherapie nicht erfolgreich ist, soll in den nächsten Jahren ermittelt werden, ob eine Protonen- oder eine Schwerionenbestrahlung größere Heilungserfolge bringt. Es soll auch untersucht werden, welche Schwerionen - ob Kohlenstoff-, Sauerstoff- oder Heliumionen -, bei den einzelnen Tumorerkrankungen therapeutisch am wirksamsten sind. Für einige Tumoren ist das bereits heute eindeutig belegt. Für andere ist es sehr wahrscheinlich, doch hier fehlen noch klinische Studien, die das beweisen.
Zentraler Kontrollraum des HIT - The central control room of HIT
Teil des Linearbeschleunigers - A part of the linear accelerator of Ion rays
Definition of the target point for the radiation
Highest precision during radiation worldwide
Through a raditation method called „intensity modulating raster scan procedure” a never before achieved three dimensional radiation precision of tumors is achieved. “Tailored” radiation beams encapsulate the tumor accurate to the millimeter- similar to how a glove covers your hands very tightly- and radiate the entire volume of the tumor. “Intensity modulating” means that the treatment beam is divided into several subdivisions. Every subdivision has a different radiation intensity- exactly the way the tumor and its healthy surrounding tissue allow it. This is what makes the procedure precise. The intensity modulation is being used for photons for a few years now; or ions it is new.
Magnetic fields direct bundle of rays
Control of the ion beam is so precise because charged particles are easily directed with the help of magnetic fields. How deep the beam protrudes depends on its energy: the more particles are accelerated in the HIT, meaning the faster and with that more energized an ion beam is, the deeper it can protrude into the body.
Online- Therapy- Control
Online- therapy- control allows to check position, form and intensity of the ion beam up to 100.000 times per second. Five high resolving particle detectors analyze the ion beam directly before it hits the patient and compare it to the specifications of the radiation planning. If there is the smallest divergence the radiation will be stopped within half of a millisecond- 1.000 times faster than a human can react out of reflex. This procedure guarantees the safest radiation therapy worldwide.
The beam “scans” the tumor
The raster scan procedure was developed under the guidance of Prof. Dr. Thomas Haberer, scientific- technical director of the HIT in the GSI Helmholtz center for heavy ion research (GSI) in Darmstadt.
It works like this: Via Computer tomography the tumors contours are shown in a three dimensional diagram and after that “cut” into millimeter thin slices by the computer. The computer positions all “tumor slices” into dots- arranged similar to the fields of a chess board- and then calculates for every dot the necessary radiation penetration and the highest radiation dosage possible. The intensity modulating ion beam scans every dot of the raster as long as it needs to achieve the previously calculated radiation dosage. If sensitive organs are next to the tumor a smaller radiation dosage will be used. For very resistant tumor parts, doctors chose a higher radiation dosage.
Die Technik der HIT - The technique of the HIT
Die Tchnik des HIT
