Salzburg – Ein großer Teil der Krebspatienten wird mit Strahlentherapie behandelt. Mittels eines sogenannten Linearbeschleunigers werden die Tumoren mit hochenergetischen Photonen oder Elektronen, kleinsten geladenen Teilchen, beschossen und die Krebszellen zum Absterben gebracht. Eine weitere Variante nützt schwerere Teilchen, Protonen oder Kohlenstoffionen, die im Krebsgeschwür abgebremst werden und Strahlung abgeben.

Die Beschleunigung der Protonen ist vergleichsweise aufwendig. In Österreich werden am Ionentherapie- und Forschungszentrum Med-Austron in Wiener Neustadt seit 2016 erste Patienten behandelt. Hier beschleunigt ein Synchrotron, ein Kreisbeschleuniger mit einem Umfang von 80 Metern, die Teilchen auf etwa zwei Drittel der Lichtgeschwindigkeit, bevor der Strahl an einem Tumor appliziert wird. Die Patienten werden dazu auf einem Behandlungstisch fixiert, den ein Roboterarm so bewegt, dass der Strahl punktgenau auf das Geschwür trifft.

Leichter CT

Geplant wird so ein Eingriff mithilfe von Modellen, die durch Aufnahmen von Computertomografie und Magnetresonanztomografie entstehen. Doch auch am Behandlungstisch selbst muss kontrolliert werden können, ob der Patient tatsächlich richtig positioniert ist, ob das Modell und die tatsächliche Position des Tumors übereinstimmen. Dafür braucht es ein schnelles und genaues Bildgebungsverfahren, das in diesem Umfeld einsetzbar ist.

Hier kommt das Medizintechnikunternehmen Medphoton ins Spiel. Das Spin-off der Salzburger Universitätsklinik für Radiotherapie und Radioonkologie hat laut Gründer Heinz Deutschmann den "leichtesten und kleinsten Computertomografen der Welt" entwickelt. Hier fährt nicht, wie bei konventionellen Geräten üblich, der Patient mit dem Behandlungstisch in eine CT-Röhre hinein, sondern der Computertomograf erscheint als schmaler Ring, der zur Aufnahme der Bilder am Behandlungstisch hin und her geführt wird.

Echtzeitblick in den Körper

"So kann man in Echtzeit in das Körperinnere sehen und die Koordinaten des Tumors an den Positionierroboter weitergeben", erklärt Deutschmann. Bei der sogenannten 2D-Fluoroskopie ist eine kontinuierliche Betrachtung der Vorgänge im Körper möglich, und in nur 60 Sekunden kann ein komplettes 3D-Bild des Patienten angefertigt werden

Das CT-Gerät arbeitet dabei mit einer besonderen Röntgenquelle: Die Strahlung wird gepulst emittiert, die Energie der Strahlen von Puls zu Puls variiert. Pro Sekunde entstehen zehn Bilder. Aus den geringen Differenzen in der Bildgebung, die aus den unterschiedlichen Energieniveaus resultierten, kann eine detaillierte Darstellung von Organen wie der Lunge errechnet werden. Weichteilkontraste werden erhöht, die Knochen ausgeblendet. Ein maßgeschneiderter Algorithmus kann so den Tumor automatisch auf den Aufnahmen erkennen und markieren.

In der Implementierung bei Med-Austron wird die Aufbereitung der Daten aus den Planungsaufnahmen mit den auf dem Patiententisch gefertigten Aufnahmen überlagert und per Augmented-Reality-Technik in das 3D-Modell des auf dem Tisch liegenden Patienten projiziert, erklärt der Gründer.

Erfassung in Echtzeit

Künftige Systeme sollen noch weiter gehen. Die Forscher arbeiten daran, sich im Körper bewegende Tumoren in Echtzeit erfassen zu können. Das betrifft etwa Gewächse in der Lunge, die sich durch die Atmung des Patienten auf und ab bewegen. Werden diese kontinuierlich erfasst, können die Positionsdaten laufend an die Robotik weitergegeben werden. Der Strahl kann in Echtzeit der Bewegung des Tumors folgen.

Eine weitere Entwicklung soll die Technologie für neue Anwendungen öffnen. Die Entwickler planen ein mobiles Gerät, das flexibel je nach Bedarf in jedem Operationssaal eingesetzt werden kann. Die Anwendung würde besonders bei der Brachytherapie, also bei einer Bestrahlung im Inneren des Körpers, wertvolle Dienste leisten. Bei Gebärmutterhalskrebs wird etwa eine Strahlungsquelle eingeführt, die direkt am Tumor bestrahlt. Hier ist Bildgebung nötig, um die Anwendung genau zu platzieren.

Deutschmann selbst hat viele Jahre an der Universitätsklinik gearbeitet. Die Entwicklungen, die hier rund um eine bildgeführte Radiotherapie gemacht wurden, blieben auch in der Industrie nicht unbemerkt. Gemeinsam mit der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität wurden am eigens gegründeten Rad-Art-Institut Dissertanten ausgebildet. "Wir haben erstmals eine Prostata mit Goldmarkern versehen, um den Therapiestrahl nachlenken zu können", so der Medizinphysiker.

Serienfertigung geplant

Als am Med-Austron nach einem Bildgebungssystem gesucht wurde, kamen die Salzburger zum Zug. "Obwohl wir nur ein kleines Institut waren und das Team großteils aus Doktoranden bestand, wurde uns zugetraut, ein Imaging-System zu entwickeln", erinnert sich Deutschmann. 2012 wurde das Unternehmen gegründet, das mittlerweile auf 36 Mitarbeiter angewachsen ist und bereits ein Dutzend Systeme in Europa und den USA ausgeliefert hat.

Die bisherigen Systeme waren zumeist maßgeschneiderte Entwicklungen. Für die mobilen Geräte sollen nun – unter anderem mithilfe der Förderagentur FFG, der Förderbank AWS und dem ITG-Innovationsservice für Salzburg – weitere Mitarbeiter vom Automatisierungstechniker bis zum Informatiker hinzukommen und Expertise in Serienfertigung und Industrie 4.0 aufgebaut werden. (Alois Pumhösel, 15.1.2018)