Hochvolttherapie mit Beschleunigern

Die Hochvolttherapie mit Beschleunigern ist eine Art von Strahlentherapie, bei der Elektronen beschleunigt werden, um mit den Beschleunigern ultraharte Röntgenstrahlung zu erzeugen. Grundsätzlich können alle geladenen und ungeladenen Teilchen beschleunigt werden (z. B. Protonen, Ionen). In der klinischen Routine werden heutzutage jedoch ausschließlich Elektronen verwendet.

Bei den technischen Bauarten der Beschleuniger wird prinzipiell zwischen Linearbeschleunigern (gradlinige Beschleunigungsstrecke) und Kreisbeschleunigern (kreisförmige Teilchenbahn) unterschieden.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

Die Hochvolttherapie mit Beschleunigern findet bei verschiedenen Tumorarten Anwendung. Anwendungsbeispiele für Elektronenbestrahlung sind:

• Hauttumoren
• Boostbestrahlung bei brusterhaltender Therapie (BET) des Mammakarzinoms (Brustkrebs)
• Leistenbestrahlung bei Analkarzinom (Analkrebs)
  

Das Verfahren

Der physikalische Grundvorgang bei den Beschleunigern ist der gleiche wie bei der Röntgenröhre. Elektronen werden durch eine Beschleunigung hochenergetisch, sodass sie Röntgenbremsstrahlung und Wärme abgeben, wenn sie in einem Target (Bestrahlungsziel) abgebremst werden. Die Elektronen werden von einem Injektor in die Beschleunigungsstrecke eingeschossen. Wird ein Target in das Strahlenbündel eingeschoben, entsteht die gewünschte ultraharte Röntgenbremsstrahlung. Die erforderte Feldgröße wird durch ein Kollimatorsystem erreicht, das das Strahlenbündel begrenzt.

Kreisbeschleuniger: Die Elektronen werden auf einer spiralförmigen Teilchenbahn durch ein wachsendes Magnetfeld beschleunigt. Die Kreisbahn muss mehrmals durchlaufen werden, bis die gewünschte Beschleunigungsenergie erreicht ist. In der klinischen Praxis werden das Betatron, das Zyklotron oder das Synchrotron als unterschiedliche Bauprinzipien verwendet. Die meisten Elektronenbeschleuniger in den 1960er- bis 1980er-Jahren arbeiteten nach dem Betatronprinzip, bei dem freie Elektronen in einer Vakuumröhre in einem Magnetfeld annähernd bis auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden. Inzwischen wurden die Kreisbeschleuniger größtenteils durch leistungsstärkere Linearbeschleuniger ersetzt.

Linearbeschleuniger oder Linac (von engl. linear accelerator): Die Elektronen durchlaufen eine gerade Beschleunigungsstrecke. Die Beschleunigung wird durch ein hochfrequentes elektrisches Feld erreicht, das zwischen einer Reihe von zylindrischen Elektroden in einer Beschleunigungsröhre aufgebaut wird. Es kann ein stehendes Feld aufgebaut werden (Stehwellenprinzip) oder das Feld läuft mit den Elektronen mit (Wanderwellenprinzip). Die hochenergetischen Elektronen treffen nach Austritt aus der Beschleunigungsröhre und einer Fokussierung (Umlenkung um 270°) auf das Target (Ziel) und erzeugen die ultraharten Röntgenstrahlen. Heute genutzte Beschleuniger sind automatische, rechnergesteuerte und rechnerüberwachte Systeme, die aus fünf Komponenten bestehen: Modulator, Energieversorgung, Beschleunigungseinheit, Strahlerkopf und Bedienungspult.

Mögliche Komplikationen

Nicht nur Tumorzellen, sondern auch gesunde Körperzellen werden von einer Radiotherapie geschädigt. Daher ist stets sorgsam auf radiogene Nebenwirkungen zu achten und diese zu verhüten, ggf. rechtzeitig zu erkennen und therapieren. Hierfür sind eine gute Kenntnis der Strahlenbiologie, Bestrahlungstechnik, Dosis und Dosisverteilung sowie eine permanente klinische Beobachtung des Patienten notwendig. Die möglichen Komplikationen einer Strahlentherapie sind wesentlich abhängig von der Lokalisation und Größe des Zielvolumens. Besonders bei einer hohen Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Nebenwirkungen müssen prophylaktische Maßnahmen getroffen werden. Häufige Komplikationen einer Strahlentherapie:

• Darmerkrankungen: Enteritiden (Darmentzündungen mit Übelkeit, Erbrechen etc.), Strikturen, Stenosen, Perforationen, Fisteln
• Einschränkungen des hämatopoetischen Systems (blutbildendes System), insbesondere Leukopenien (gegenüber der Norm verminderte Anzahl von weißen Blutkörperchen (Leukozyten) im Blut) und Thrombozytopenien (gegenüber der Norm verminderte Anzahl von Blutplättchen (Thrombozyten) im Blut)
• Kardiale Toxizitäten (Kardiotoxizität/Herzschädigung) nach mediastinaler Bestrahlung (→  koronare Herzerkrankung (KHK; Herzkranzgefäßerkrankung), Kardiomyopathie (Herzmuskelerkrankung), Herzklappenerkrankungen, Störungen des Reizleitungssystems sowie Perikarderkrankungen/Herzbeutel Erkrankungen)
• Lymphödeme
• Mukositiden (Schleimhautschädigungen) des Atmungs- und Verdauungstraktes
• Neuronale Toxizitäten (Neurotoxizität) nach Bestrahlung im ZNS-Bereich/Zentralnervensystem (→ neurokognitive Funktionseinschränkungen, selten Hirnnekrosen/Absterben von Hirngewebe)
• Perikarditis (Herzbeutelentzündung) (6 Monate bis 2 Jahre nach der Therapie)
• Pulmonale Toxizitäten (Lungentoxizität) nach thorakaler Bestrahlung/Brustkorbbestrahlung (→ chronische Lungenfibrose/Veränderung des Lungengewebes, bei dem verstärkten Bindegewebe zwischen den Lungenbläschen (Alveolen) und den sie umgebenden Blutgefäßen gebildet wird)
• Radiogene Dermatitis (Strahlendermatitis; strahlenbedingte Hautentzündungen) 
• Radiogene Pneumonitis (Sammelbegriff für jede Form der Lungenentzündung (Pneumonie), welche nicht die Alveolen (Lungenbläschen), sondern das Interstitium bzw. den Zellzwischenraum betrifft) bzw. Fibrose
• Radiogene Nephritis (Strahlennephropathie; strahlenbedingte Nierenentzündung) bzw. Fibrose
• Sekundärtumoren (Zweittumoren)
• Strahlensynddrome im zentralen Nervensystem (wenige Monate bis mehrere Jahre nach der Therapie)
• Teleangiektasien (sichtbare Erweiterungen oberflächlich gelegener kleiner Blutgefäße)
• Zahn- und Zahnfleischschäden
• Zweit-/Mehrfachtumoren (ZT) – überwiegend solide Tumoren, die mit einer Latenz von mindestens 5-10 Jahren auftreten
• Zystitiden (Harnblasenentzündungen), Dysurien (erschwerte Blasenentleerung), Pollakisurien (häufiges Wasserlassen)

Literatur

1. Sauer R: Strahlentherapie und Onkologie. Elsevier Verlag 2010
2. Lohr F, Wenz F: Strahlentherapie kompakt. Elsevier Verlag 2007
3. Richter E, Feyerabend T: Grundlagen der Strahlentherapie. Springer Verlag 2002
4. Wennenmacher M, Debus J, Wenz F: Strahlentherapie. Springer Verlag 2006