Medizinphysik: schonendere Therapie bei Tumorerkrankungen

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Medizinphysik, Bild: Strahlen in Diagnostik und Therapie

Die Medizinische Physik steht im Schnittpunkt der Grundlagenforschung, der Entwicklung und Qualitätssicherung technischer Geräte für medizinische Diagnostik und Therapie sowie deren Anwendung. Anlässlich der aktuellen Dreiländertagung der Deutschen, Österreichischen und Schweizer Gesellschaften für Medizinische Physik (DGMP, ÖGMP und SGSMP) in Wien konnten nun große Fortschritte in Diagnostik und Therapie von Tumorerkrankungen präsentiert werden.

Die Medizinische Physik steht im Schnittpunkt von Grundlagenforschung (Physik), der Entwicklung zum einsetzbaren Gerät (Technik) und der Anwendung für und am Patienten (Medizin). Das macht sie zum Bindeglied zwischen so verschiedenen Bereichen wie etwa Medizin, Technik, Bildverarbeitung, Informatik oder Biologie.

Die Österreichische medizinphysikalische Forschung und Entwicklung in Bereichen wie Radioonkologie, Audiologie, Optik, MR-Bildgebung oder der medizinischen Bildverarbeitung genießt dabei international einen ausgezeichneten Ruf. Dies nicht ganz zufällig, denn Wien hat eine besondere Historie in Bezug auf die Medizinphysik und die Anwendung ionisierender Strahlung in Therapie und Diagnostik vorzuweisen.

Beispielsweise wurde in Wien 1896 die weltweit erste Strahlenbehandlung von dem jungen Dermatologen Leopold Freund durchgeführt, nur wenige Monate, nachdem W. C. Röntgen die nach ihm benannten Strahlen entdeckt hatte. Der österreichische Mathematiker Johann Radon veröffentlichte 1917 sein Werk „Über die Bestimmung von Funktionen durch ihre Integralwerte längs gewisser Mannigfaltigkeiten“ und hat ebenso wie der Geograph Julius Ferdinand von Hann seine Spuren in den Grundlagen für die spätere Computertomographie hinterlassen.

Guido Holzknecht schließlich, einer der Pioniere der Radiologie, verfasste ab ca. 1900 in Wien seine Werke über „Röntgenologische Diagnostik der Erkrankung der Brusteingeweide“, „Röntgendiagnostik des Magenkrebses“, „Röntgenlichtmessapparate“ sowie ein Handbuch der „Allgemeinen und speziellen Röntgenkunde“.

Optimierte Tumorbehandlung

Mit Hilfe moderner Linearbeschleuniger und computerunterstützter Therapieplanung ist es möglich, für jeden Patienten entsprechend der Tumorform eine räumliche Optimierung der Strahlentherapie zu erreichen. Eine Herausforderung ist es, dabei sowohl Lageveränderungen zwischen den einzelnen Bestrahlungseinheiten (Fraktionen) – wie sie durch Veränderungen des Körpergewichts, aber auch der Füllungszustände umliegender Organe (z. B. Harnblase, Darm) verursacht werden – als auch Lageveränderungen während einer Bestrahlungsfraktion, bedingt etwa durch Atembewegungen oder Herzschlag – möglichst exakt zu erfassen und zu kompensieren.

„Diese zeitlichen Veränderungen können nun dank moderner Technologien – so genannter bildgeführter Radiotherapie – aufgelöst und korrigiert werden“, erklärt Dietmar Georg, Leiter der Abteilung für Medizinische Strahlenphysik, Universitätsklinik für Strahlentherapie der MedUni Wien. Dadurch ist es möglich, den bisher im Rahmen einer Strahlentherapie erforderlichen Sicherheitssaum um einen Tumor deutlich zu reduzieren und benachbartes gesundes Gewebe zu schonen. Dies wiederum erlaubt, das Tumorgewebe selbst mit höheren Dosen zu bestrahlen und damit eine effizientere Therapie durchzuführen.

Fusion verschiedener Verfahren

In der Diagnostik wird weiters durch Fusion verschiedener Bildgebungsmodalitäten wie CT, Magnetresonanztomographie (MRT) oder Positronen-Emissions-Tomographie (PET) angestrebt, die Informationen zu vertiefen. Beispielsweise lässt sich durch CT hauptsächlich eine sehr genaue Darstellung der Anatomie gewinnen, während die MRT vor allem Informationen über Weichteilgewebe liefert, wodurch z. B. Tumorgrenzen und damit das Zielgebiet einer Strahlentherapie exakter definiert werden können.

Die PET wiederum spiegelt den Stoffwechselstatus eines Gewebes, das heißt zum Beispiel Tumorwachstumsgrenzen wieder. „Durch Fusion all dieser Informationen kann die Behandlungsstrategie, v. a. die Strahlentherapie, sehr exakt geplant werden“, berichtet Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Birkfellner, Zentrum für Medizinische Physik und Biomedizinische Technik an der Medizinischen Universität Wien.

Innovationen in der Magnetresonanztomographie

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein sehr modernes, ohne Röntgenstrahlung auskommendes bildgebendes Verfahren, das laufend methodisch und technisch weiterentwickelt wird. „Beispielsweise gibt es neue Geräte, an die gleichzeitig sehr viele Spulen angeschlossen werden können, die förmlich in den Körper des Patienten hineinhorchen können. Damit können Bilder schneller und mit hoher Bildqualität aufgenommen werden“, so Laura Schreiber, Präsidentin der Deutschen Gesellschaft für medizinische Physik. „Auch kommen Inkubatoren mit solchen Spulen auf den Markt, mit denen Frühgeborene jetzt in bester Bildqualität untersucht werden. Dies war bisher nicht möglich.“

Eine aktuelle Innovation sind so genannte Hochfeld-Tomographen, die mit zwei- bis dreimal stärkeren Magneten als bisher arbeiten und extrem scharfe Bilder aus dem Körper liefern (siehe Abbildung 1). Damit lassen sich beispielsweise Blutgefäße in Tumoren viel deutlicher erkennen, man erwartet hier besonders Vorteile für die Diagnostik von Hirntumoren. Die neuen Geräte können die exakte Lage und Größe eines Tumors bestimmen und damit verhindern helfen, im Falle einer Tumoroperation gesundes Gewebe zu schädigen.

Ein weiteres Beispiel für eine innovative Weiterentwicklung der MRT ist, dass sie bei Lungenerkrankungen wie Asthma oder chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD), wie sie bei langjährigen Rauchern auftritt, eine exaktere und frühzeitigere Diagnose über das Ausmaß vorliegender Schädigungen erlaubt. Dies soll in Zukunft ermöglichen, durch medikamentöse oder andere Maßnahmen ein Fortschreiten dieser Schäden in der Lunge zu verhindern.

Individuelle Nutzen-Risiko-Abschätzung

„Die medizinische Strahlenexposition hat in den letzten Jahren deutlich zugenommen“, betont Gunnar Brix, Abteilung für Medizinischen und beruflichen Strahlenschutz, Bundesamt für Strahlenschutz. Dies sei im Wesentlichen auf den zunehmenden, teilweise auch unkritischen Einsatz der Computertomographie (CT) zurückzuführen.

Während bei Krebspatienten der Nutzen dieser Untersuchungen die Risiken bei weitem überwiegt, ist dies bei Patienten mit koronaren Herzerkrankungen nicht immer der Fall. Mit besonderer Sorge beobachten Experten den zunehmenden Einsatz der CT zur Früherkennung von Erkrankungen bei asymptomatischen Personen, da damit aus derzeitiger Sicht keinerlei Vorteil verbunden ist.

Vor allem für überweisende Ärzte wird die „Orientierungshilfe Radiologie“ herausgegeben, die für verschiedene Fragestellungen auflistet, welches bildgebende Verfahren in welcher Reihenfolge angewendet werden soll. Sie ist auch für Patienten einsehbar.

„Der Patient sollte im Einzelfall bei seinem Radiologen kritisch hinterfragen, ob z. B. eine CT wirklich erforderlich ist oder ob nicht auch eine Ultraschall- oder MR-Untersuchung die gleiche Information liefert“, rät Prof. Brix. Eine weitere Hilfestellung bietet der Röntgenpass, in den sämtliche durchgeführte radiologische Untersuchungen eingetragen werden sollten. Dieses Dokument soll dazu beitragen, nutzlose Doppeluntersuchungen zu vermeiden.

Medizinische Physik: Berufsgruppe mit vielfältigen Aufgaben

Medizinphysiker sind mittlerweile von der Internationalen Arbeitsorganisation ILO als eigene Berufsgruppe anerkannt und nehmen in der Internationalen Atombehörde (IAEA) eine zunehmend wichtige Stellung ein (hier u. a. in der Standardisierung medizinphysikalischer Verfahren und deren Weitergabe an Entwicklungsländer). In der EU laufen mehrere Programme zur vereinheitlichten Standardisierung des „Medizinphysikers“ sowie zur Erfassung des „Physikunterrichts“ in medizinischen Berufsausbildungen.

Zu den Forschungsgebieten der Medizinphysik zählen neben der Funktionellen Bildgebung, die Partikeltherapie, die Optische Kohärenztomographie, die Medizinische Bildverarbeitung sowie die Audiologie.

Linktipps

– Österreichische Gesellschaft für Medizinische Physik – ÖGMP
– Blaulichtdiagnose (Fluoreszenzzystoskopie)
– Darmkrebs – schonende Früherkennung mittels MRT
– Gehirntumor – Krankheit ohne klare Frühwarnzeichen

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