Brachytherapie. Ein Überblick

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Arten
2.1 Positionierung der Strahler
2.2 Verfahren

3. Physikalische Hintergründe
3.1 Strahler
3.1.1 Voraussetzungen
3.1.2 Iridium und Palladium
3.1.3 Strahlenschutz
3.2 Dosimetrie
3.2.1 Dosisbestimmung
3.2.2 Dosisverteilungen und Strahlerposition

4. Ablauf einer kurativen Behandlung mittels Afterloading – Verfahren am Beispiel eines . Bronchialkarzinoms
4.1 Behandlungsvorbereitung
4.1.1 Bestimmung des Tumorvolumens
4.1.2 Einbringung der Applikatoren
4.1.3 Dosisplanung
4.2 Praktische Durchführung
4.3 Nebenwirkungen
4.3.1 Akute Folgen
4.3.2 Chronische Folgen

5. Fazit

6. Literaturverzeichnis

7. Fußnotenverzeichnis

8. Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

Nach der Entdeckung der Radioaktivität im Jahr 1896 durch Antoine Henri Becquerel und ihrer anschließenden Erforschung, konnte man bereits im frühen 20. Jahrhundert ihren Nutzen bezüglich der Krebsbekämpfung feststellen. Anfänglich wurde die Radioaktivität nur im Rahmen einer perkutanen Strahlentherapie, die darauf abzielt Tumore durch äußeren Einfluss radioaktiver Strahlung zu behandeln, genutzt, mit zunehmendem technologischen Fortschritt in der Krebsmedizin konnten jedoch weitere Anwendungsmethoden entwickelt werden, so zum Beispiel auch die Brachytherapie. Neu war dabei der Gedanke, Strahlenquellen innerhalb des Körpers eines Menschen zu platzieren und so die Strahlenbelastung allgemein für den Patienten zu verringern. Die anfangs noch sehr ungeschickte Verwendung von Radioisotopen, die beispielsweise zu viel Strahlung abgeben oder bei deren Zerfall sehr problematische Stoffe entstehen, änderte sich circa mit Beginn der 1950er – Jahre durch die Entdeckung neuer Strahler und die Entwicklung besser geeigneter Geräte. So entwickelte sich die Brachytherapie, über die letzten Jahrzehnte hinweg, zu einer guten, aber noch einigermaßen unbekannten, Alternative zur Strahlentherapie. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, die wichtigsten Informationen zur Brachytherapie verständlich und möglichst übersichtlich darzustellen. In diesem Kontext werden, nach einer Erklärung der unterschiedlichen Arten, vor allem die physikalischen Grundlagen in den Fokus gestellt. Anschließend daran, wird der Ablauf einer vollständigen, kurativen Behandlung beleuchtet und schlussendlich mögliche Nebenwirkungen, sowie Vor- und Nachteile, erläutert. [N]

2. Arten

Die Brachytherapie kann auf verschiedenste Weise eingesetzt werden. Aufgrund langer Forschung an dieser Behandlungsmethode und heutiger technologischer Möglichkeiten, gibt es Unterschiede bezüglich der Positionierung der Strahlenquellen sowie im Verfahren selbst.

2.1 Positionierung der Strahler

Die Einbringung von Radionukliden wird auf vier Arten unterteilt und näher definiert. Bei der interstitiellen Brachytherapie arbeitet man mit der Spickung des Gewebes. Das bedeutet, dass die Strahlenquelle, mit Hilfe von Führungen oder Schläuchen, direkt in die Nähe des Karzinoms gebracht wird. Durch diese sehr häufig verwendete Form wird ein Tumor sehr einfach zerstört. Des Weiteren können bereits vorhandene Körperöffnungen verwendet werden, man spricht dann von einer intrakavitären Behandlung. Liegt ein sich unkontrolliert ausbreitendes Gewebe innerhalb einer Körperhöhle oder eines Hohlorgans, so kann man dies ausnutzen und beispielsweise die Luftröhre zur Einbringung von Strahlern verwenden. Eine intravaskuläre Therapie zielt darauf ab, Radionuklide in Blutgefäße einzulegen. Auf diese Weise können Erkrankungen, die das Herz- und Kreislaufsystem betreffen und sonst nur durch Strahlentherapie bekämpfbar wären, kuriert werden. Die vierte Form ist die sogenannte Kontakttherapie. Bei dieser selten angewandten Methode wird der Strahler direkt auf die betroffene Stelle aufgelegt, sofern sie sich auf der Körperaußenseite befindet. Nur bei besonderen Karzinomen, wie dem Aderhautmelanom, kommt dies zum Einsatz. [B] [S]

2.2 Verfahren

Es ist nicht nur wichtig zu entscheiden, wie die Strahlenquelle in den Körper des Patienten eingebracht wird, sondern auch ob sie dort dauerhaft oder für kurze Zeit verbleibt. Werden sogenannte Seeds (Strahlenquellen, meist umgeben von einer Stahl- oder Titanhülle und so groß wie etwa ein Reiskorn) in die zu behandelnde Person eingepflanzt, spricht man von einer Seed – Implantation. Dabei verbleiben die Strahler für die Dauer der gesamten Behandlungsphase im Patienten und werden erst nach erfolgreichem Abschluss entnommen. Zum Schutz vor ihrer Wanderungstendenz im Körper und einer damit verbundenen Schädigung gesunden Gewebes, werden sie in Vicrylfäden, einem sterilen, resorbierbaren Nahtmaterial, eingewebt. Oftmals ist aber eine aufwendige Produktion erwähnter Seeds nicht nötig und es genügt größere Strahlenquellen für kurze Zeit in periodischen Abständen in das Zielobjekt zu bringen. Ist dies der Fall, spricht man vom Afterloading – Verfahren. Vor der Durchführung der eigentlichen Therapie wird der Patient narkotisiert, sodass mittels Operation Applikatoren, also Führungen oder Schläuche, die bis zu den Karzinomen reichen, eingesetzt werden können. Diese werden in der Behandlungsphase an einen Quellentresor angeschlossen, die Radionuklide werden eingefahren und gelangen schließlich zum zu bestrahlenden Bereich. Nach dessen Bestrahlung können die Strahler wieder entnommen werden. Die Brachytherapie kann also auch ambulant durchgeführt werden und der Patient wird nicht durch einen langen Krankenhausaufenthalt zusätzlich belastet. [K] [S]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3. Physikalische Hintergründe 3.1 Strahler

Die Strahlenquellen in der Brachytherapie können Strahlung von unterschiedlicher Intensität und Dauer abgeben. Bei der LDR – Brachytherapie (Low – Dose – Rate) wird Strahlung von bis zu 2 Gray pro Stunde frei. Medium – Dose – Rate – Quellen emittieren 2-12 Gy/h und HDR – Strahler über 12 Gy/h. Darüber hinaus existieren Pulsed – Dose – Rate – Strahler, die normalerweise innerhalb einem Intervall einer Stunde, kurze Strahlungsimpulse emittieren. Meist handelt es sich um kombinierte Beta – Gamma – Strahlenquellen. Da die destruktive Wirkung von Alphastrahlen, im Vergleich zu Beta- oder Gammastrahlung, weitaus größer ist, kommen diese nicht zum Einsatz. Um trotzdem auch die Beschädigung gesunder Zellen durch Beta- und Gammastrahlen zu minimieren, werden die Radionuklide ausreichend abgeschirmt. Hierbei gibt es verschiedene Voraussetzungen, die zu beachten sind. [B]

3.1.1 Voraussetzungen

An die Halbwertszeit T1/2 von Strahlern stellt man unterschiedliche Anforderungen, je nach Dauer der Behandlung. Bei einer permanenten Brachytherapie (Seed – Implantation) genügt eine verhältnismäßig kleine Halbwertszeit, solange nicht die Behandlungsdauer unterschritten wird. Die temporäre Brachytherapie mittels Afterloading – Verfahren erfordert dahingegen große Halbwertszeiten. Diese werden auch bei einer permanenten Therapie angestrebt, da so die Strahler mehrmals und für verschiedene Patienten genutzt werden können. Auch wenn die Halbwertszeiten vieler Atome bekannt sind beziehungsweise berechnet werden können, muss man sich immer auf einen eventuellen radioaktiven Zerfall des Radionuklids und auf damit verbundene Zerfallsprodukte vorbereiten. Es ist beispielsweise möglich, dass Strahlenquellen unbeabsichtigt im Körper des Patienten belassen werden oder aufgrund technischer Defekte und Stromausfälle nicht zeitnah entfernt werden können. Beim Zerfall einiger Radionuklide können schädliche Stoffe, sowie bestimmte Gase, entstehen. Radium – 226 Atome zerfallen in das Edelgas Radon. Die damit verbundene Problematik ist zum Einen, dass Gase allgemein nur schwer aus dem Körper entfernt werden können und zum Anderen, dass Alphastrahlung emittiert wird, die dem umliegenden Gewebe erheblich schadet. Um solche Probleme vorzubeugen, muss also die Hülle um die Radionuklide jeder Strahlenquelle entsprechend angepasst werden. Ein weiteres Risiko, das beachtet werden muss, ist die Ionisation. Entweicht eine ausreichende Menge ionisierender Strahlung aus dem Strahler, so ist es möglich, dass Elektronen durch Stoßionisation aus anderen Molekülen oder Atomen verloren gehen. So können zum Beispiel auch Radikale entstehen, was vor allem bei den Wassermolekülen im Mensch der Fall ist. Es kommt zur Bildung gefährlicher H+ - und OH- - Radikale, die organische Moleküle angreifen. Insgesamt ist es daher überaus wichtig die Dosis, das heißt die abgegebene Strahlung in einer festgelegten Zeit, jedes Radionuklids exakt zu berechnen oder zu messen und, je nachdem, die isolierenden Hüllen zu verstärken. Jedoch ist hier anzumerken, dass bis jetzt kein „ideales“ Radionuklid gefunden wurde, das heißt alle bisher verwendeten Strahlenquellen sind Kompromisslösungen, die nicht unbedingt allen Anforderungen gerecht werden können. [B][S]

3.1.2 Iridium und Palladium

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Iridium und Palladium erfüllen, im Gegensatz zu vielen anderen möglicherweise verwendbaren Stoffen, eine Vielzahl der nötigen Voraussetzungen für den Einsatz bei der Brachytherapie. Daher zählen sie heute zu den wichtigsten Radioisotopen. Iridium – 192 hat eine Halbwertszeit von circa 73,83 Tagen und eignet sich deshalb besonders gut für die temporäre Brachytherapie. Es entsteht durch innere Konversion von stabilem Iridium – 191. Bei dieser Art Zerfall emittiert stabiles Iridium ein Hüllenelektron, auf das ein Teil der Energie übertragen wurde, und verringert somit seine Bindungsenergie. Mit einer Photonenenergie (Durchschlagsfähigkeit der Strahlung) von etwa 0,36 MeV, ermöglicht Iridium – 192 eine einfachere und billigere Strahlenquellenproduktion als viele andere Radionuklide. Durch eine hohe spezifische Aktivität, also die auf seine Masse bezogene Anzahl der Kernzerfälle pro Zeitintervall des radioaktiven Stoffes, sind trotz Abschirmung effektive Therapien von kurzer Dauer möglich. Der Zerfall von Iridium – 192 ist sehr vorteilhaft, da Beta- und vor allem Gammastrahlen emittiert werden und Pt – 192 entsteht, ein Isotop natürlichen Platins, das keine schädliche Strahlung emittiert. Es gibt verschiedene Wege, um Iridium zu einer vollständigen Strahlenquelle zu verarbeiten. In Europa baut man Drähte, die aus einem, von einer Platinhülle umgebenen, Kern bestehen. Der Kern ist zu 25% aus Iridium – 192 und zu 75% aus Platin zusammengesetzt. Bei der amerikanischen Bauart unterscheidet man zwei Möglichkeiten. Eine Form sind Strahler bestehend aus einem Kern aus 30% Iridium und 70% Platin umhüllt von rostfreiem Stahl. Außerdem gibt es Strahlenquellen mit einem Kern, der zu 10% aus Iridium und zu 90% aus Platin besteht und von Platin umgeben ist.

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Abb. 2. Amerikanische Bauarten und Größen der Iridium – Quelle, links umgeben von Stahl, rechts von Platin

Palladium – 103 hat eine Halbwertszeit von etwa 17 Tagen und ist daher aus wirtschaftlichen Gründen nur für eine permanente Brachytherapie geeignet. Wie Iridium – 192 ist seine spezifische Aktivität hoch und ermöglicht so kurze Therapien, trotz der geringeren Photonenenergie von ungefähr 0,020 MeV. Palladium – 103 entsteht, wenn stabiles Pd – 102 ein Neutron absorbiert. Bei seinem Zerfall entsteht ungefährliches Rhodium – 103, jedoch wird bei diesem Vorgang teilweise Röntgenstrahlung freigesetzt, die zur Bildung neuer Karzinome führen könnte. Daher sollte Palladium – 103 nicht für ungewöhnlich lange Behandlungen eingesetzt werden. Es wird in Titan – Röhren verarbeitet, die an beiden Enden mit Kappen aus dem gleichen Material zugeschweißt werden. Innen befinden sich zwei Pd – 103 Graphit – Zylinder und eine Markierung, die mit Hilfe von radiographischen Verfahren wiederzuerkennen ist. [J] [N]

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Abb.3. Bau und Größe der Palladium – Quelle

3.1.3 Strahlenschutz

Der Strahlenschutz in der Brachytherapie orientiert sich stark am sogenannten ALARA – Prinzip (Akronym für „as low as reasonably achievable“, deutsch: „so niedrig wie auf einer vernünftigen Basis erreichbar“). Demzufolge ist das Ziel des Strahlenschutzes, die Bestrahlung der Patienten, ihres sozialen Umfeldes und des Klinikpersonals so gering wie für eine erfolgreiche Behandlung möglich zu halten. Die Wirkung der Strahlung unterliegt dem Abstandsgesetz. Mit zunehmender Entfernung zur Quelle nimmt ihre Stärke ab. Somit ist sie indirekt proportional zum Quadrat der Entfernung von der Strahlenquelle. Zusätzlich zu diesem natürlichen, abschwächenden Effekt, wird jede Strahlenquelle von einer Schutzhülle, meist Blei und / oder Platin, umgeben. Der Durchmesser und die Größe dieses Schutzes hängen von der Art der Strahlenquelle (kleine Seeds oder etwas größere Quellen für das Afterloading) und von der Quellstärke, die sich aus der spezifischen Aktivität sowie der Photonenenergie zusammensetzt, ab. Bei Radionukliden mit einer großen Halbwertszeit werden Hüllen aus mehreren Schichten verschiedensten Materials gebaut, um auch über einen längeren Zeitraum hinweg das Austreten großer Strahlungsmengen vermeiden zu können. Jedoch ist auch damit noch kein vollkommener Schutz gewährleistet: jederzeit könnte es zu Brüchen oder Rissen in den Strahlenquellen kommen und auch andere Personen sind weiterhin, durch geringfügig aus dem Patienten austretende ionisierende Strahlung, gefährdet. Daher werden an allen Strahlern noch vor ihrer Verwendung bestimmte Tests durchgeführt. Hierbei werden Geiger – Müller – Zählrohre oder Szintillationsdetektoren verwendet um Abweichungen der eigentlich wirksamen Dosis zu erkennen. Für das Personal der behandelnden Klinik gibt es einige Verhaltensregeln für die Pflege von Patienten, die mittels Afterloading – Vefahren behandelt werden, die beachtet werden sollten. So weit möglich, sollte das Klinikpersonal einen Abstand von etwa zwei Metern zum Patienten einhalten, da die Strahlungswirkung dem bereits erwähnten Entfernungsgesetz unterliegt und somit in erwähntem Abstand ihre Wirkung größtenteils verliert. Dazu tragen auch die Schutzhüllen um die Radioisotope bei. Ferner ist es selbstverständlich, dass man sich nicht über einen längeren Zeitraum hinweg in der Nähe der zu behandelnden Person aufhält. Die Zeit, die das Personal mit der Pflege des Patienten verbringt, sollte weitgehend effektiv genutzt und auf ein Minimum reduziert werden, um die eigene Strahlenbelastung gering zu halten. Darüber hinaus ist es sinnvoll das Personal regelmäßig zu wechseln, damit nicht eine oder zwei Personen ständig ionisierender Strahlung ausgesetzt werden. Diese Verhaltensweisen gelten insbesondere auch für schwangeres Klinikpersonal (muss sich, selbstverständlich nur auf freiwilliger Basis, bewusst dazu entscheiden, Brachytherapie – Patienten zu pflegen). Der Patient selbst wird ebenfalls vor der Behandlung über diese Richtlinien informiert, sodass er Rücksicht auf das Personal nimmt. Personen mit permanenten Seed – Implantaten stellen ebenfalls ein Risiko für ihr soziales Umfeld dar, wenn auch kein besonders großes. Trotzdem sollten sie besonders von Schwangeren und Kindern mindestens einen Meter Abstand halten. Sie bekommen noch im Krankenhaus ein Armband, das andere Personen vor einer möglichen Gefährdung warnt und Informationen über das verwendete Radionuklid enthält. Falls der Patient, beispielsweise aufgrund eines Unfalls, notoperiert werden muss oder gar verstirbt, muss das behandelnde Krankenhaus umgehend darüber in Kenntnis gesetzt werden, sodass Maßnahmen zum Schutz vor der Strahlung getroffen werden können. Bei besonders komplizierten Operationen zum Beispiel oder wenn die verstorbene Person kremiert werden soll, empfiehlt es sich die Strahler zu entnehmen. [J] [N]

3.2 Dosimetrie 3.2.1 Dosisbestimmung

Besonders im Kontext des Strahlenschutzes ist es essentiell die Dosis verschiedener Strahlenquellen zu kennen, um Strahlenschutzmaßnahmen an das verwendete Radionuklid anpassen zu können. Dazu berechnet man die sogenannte Energiedosis D, also die mittlere Energie, die ionisierende Strahlung an ein Objekt abgibt. Da es aber verschiedene Arten ionisierender Strahlung gibt, existieren auch unterschiedliche Methoden mit deren Hilfe die Energiedosis bestimmt werden kann. Eine erste physikalische Größe, die in jedem Fall hilfreich sein kann und bereits angesprochen wurde, ist die spezifische Aktivität a. Sie wird wie folgend, über die Aktivität A, berechnet:

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Fügt man die Formel der Aktivität ein, entsteht folgende Gleichung:

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N (t) ist hierbei die Anzahl der Atome zum Zeitpunkt t und Lambda ist die Zerfallskonstante, die annähernd die „Geschwindigkeit“ des Zerfalls beschreibt. Sie ist unterschiedlich für jedes Radioisotop. Mittels dieser Größe erhält man Aufschluss über die Quellstärke und kann im Anschluss die Energiedosis berechnen um eine ideale Schutzhülle für das jeweilige Radionuklid entwerfen zu können. Zur Bestimmung von D kann die Ionendosis J verwendet werden. Sie beschreibt die elektrische Ladung, die Ionen durch den Einfluss von ionisierender Strahlung erhalten und kann auf sehr einfache Art, über bestimmte Geräte wie zum Beispiel ein Geiger – Müller – Zählrohr, gemessen werden. Die Messung wird üblicherweise in einem Abstand von einem Meter zur Quelle und in Luft durchgeführt.

Darüber kann die Energiedosis bestimmt werden, denn es gilt folgendes Verhältnis:

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Der Korrekturfaktor f wird benötigt zur Bestimmung von Energiedosen in unterschiedlichen Absorptionsmaterialien (in Luft gilt: f = 35 Gy). Im Rahmen strahlenschutztechnischer Maßnahmen verwendet man f = 37 Gy, für biologisches Weichgewebe. Dem anzufügen ist jedoch, dass auch dieser Korrekturfaktor selbst nur an einen ungefähren Wert angenähert ist, der nicht immer den sich wechselnden Absorptions- oder Reflexionsbedingungen im menschlichen Körper entspricht, was also zu nicht hundertprozentig exakten Ergebnissen führt.

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