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Cyberknife
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Cyberknife

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Cyberknife ist ein robotergestützter Linearbeschleuniger zur Radiochirurgie (und Teletherapie) des amerikanischen Herstellers Accuray. Das System wurde an der Universität Stanford entwickelt und wird insbesondere zur Entfernung von gutartigen und bösartigen Tumoren eingesetzt. Nach Herstellerangaben wurden bis 2010 weltweit 234 Cyberknife-Systeme installiert. In Deutschland gibt es elf Anlagen (Stand: November 2015). Weltweit wurden bereits über 100.000 Behandlungen mit dem Cyberknife-System durchgeführt.

Aufbau

Cyberknife am St. Marys Spital in Michigan

Als Strahlenquelle dient ein Linearbeschleuniger. Dieser wird mit 9,3 GHz betrieben, was einer vergleichsweise hohen Betriebsfrequenz entspricht, die im Vergleich zu anderen Strahlentherapie-Geräten eine kompaktere Bauweise erlaubt. Die Länge des Strahlrohres beträgt 50 cm bei einem Gewicht von 150 kg. Die beschleunigten Elektronen treffen auf ein gekühltes Bremstarget aus Wolfram, wobei Photonen der Nominalenergie 6 MeV erzeugt werden; dieser Energie entspricht im Körpergewebe ein Dosisabfall auf 80 % in 6,7 cm Tiefe. (siehe auch: Tiefendosiskurve) Der Strahl wird durch einen Streukegel auf Feldgrößen von 5–60 mm aufgeweitet. Die nominelle Dosisleistung beträgt 6 Gy/min im Referenzabstand von 80 cm. Der Linearbeschleuniger ist auf einem herkömmlichen 6-Achsen-Industrieroboter montiert. Die Positionierungsgenauigkeit des Roboters ist vom Hersteller mit 0,2 mm angegeben. Ein zweiter Roboterarm trägt den Patiententisch.

Die Anlage wird während der Therapie ständig nachgeführt. Das Ortungssystem besteht aus zwei Röntgenanlagen und einem Bildverarbeitungsrechner. Die Achsen der beiden Röntgenröhren stehen senkrecht aufeinander und schneiden sich im Zentrum des Zielgebiets. Die Anlage liefert so eine stereoskopische Abbildung. Dieses Bild wird mit rekonstruierten Bildern aus der Planungs-Computertomographie verglichen. Die Positionen von markanten knöchernen Strukturen oder implantierten Goldmarkern müssen übereinstimmen. Verschiebungen und Rotationen gegenüber der Referenzposition werden als Korrekturwert an den Roboter geliefert. Bei radiochirurgischen Anwendungen kommt man deshalb ohne die sonst übliche invasive Fixierung mittels am Patienten verschraubter Rahmen aus.

Die Bestrahlungsplanungsoftware berücksichtigt die besondere Bestrahlungsgeometrie und verwendet einen inversen Algorithmus (basierend auf der sogenannten Linearen Programmierung als Optimierungsmethode) mit Raytracing-Verfahren oder Monte-Carlo-Simulationen. Die Behandlungsdauer liegt – abhängig von der Komplexität des Zielvolumens – zwischen 30 und 120 Minuten.

Behandlungsspektrum

In wissenschaftlichen Studien konnte die Wirksamkeit der Methode bei folgenden Erkrankungen nachgewiesen werden:

Geschichte der Cyberknife-Technologie

1951 entwickelte Lars Leksell, Professor für Neurochirurgie am schwedischen Karolinska-Institut, gemeinsam mit dem Physiker Börje Larsson an der Universität in Uppsala die von ihnen so genannte Radiochirurgie. 1968 installierten sie den ersten Prototyp des Gamma-Knife in Stockholm. 1972 gründete Leksell die Firma Elekta Instruments, die fortan die Gamma-Knife-Geräte herstellte. 1987 entwickelte John Adler nach seiner Rückkehr aus Schweden, wo er bei Leksell gearbeitet hatte, das erste Cyberknife an der Stanford-Universität in Kalifornien, USA. 1990 wurde die Firma Accuray in Kalifornien gegründet, um diese Geräte zu produzieren und weiterzuentwickeln. 1999 genehmigte die amerikanische Zulassungsbehörde FDA die Behandlung von Hirn- und Schädeltumoren in den USA. 2000 wurde die Zulassung auf Tumoren im gesamten Körper erweitert. 2002 wurde das Cyberknife-System auch in Europa für die Behandlung von Tumoren im gesamten Körper zugelassen. 2005 erteilte die FDA der dynamischen Positionsbestimmung (synchrony respiratory tracking) die Genehmigung. Damit wurde es möglich, die Bewegungen des Patienten bzw. bestimmter Organe (z. B. Lunge) in der Behandlung vorherzuberechnen. Bei der Synchrony-Methode wird die Bewegung des Zielvolumens über ein Korrelationsverfahren bestimmt. Dabei werden externe Marken (Infrarot-LEDs) auf der Hautoberfläche des Patienten befestigt. Zusätzlich wird in festen Zeitabständen die Lage von implantierten Goldlandmarken über ein Röntgenverfahren berechnet. Die beiden Sensoren (Röntgenkamera und Infrarot-Lageverfolgung) werden durch Zeitstempel zeitlich synchronisiert (daher der Name Synchrony-Verfahren), und es wird ein Modell der Bewegungskorrelation zwischen externen und internen Landmarken berechnet. Durch Prädiktion kann zusätzlich die Latenz der Roboterbewegung (und der Bildgebung) ausgeglichen werden.

Standorte in Deutschland und der Schweiz

Schweiz:

Ökonomische Aspekte

2013 wurden die Behandlungskosten am Uniklinikum Großhadern mit rund 10.000 Euro veranschlagt , 2016 die Kosten bei ein bis drei Bestrahlungen mit etwa 7000 Euro (am Universitätsklinikum Heidelberg) angegeben.

Siehe auch

Literatur

  • J. R. Adler, S. D. Chang, M. J. Murphy, J. Doty, P. Geis, S. L. Hancock: The Cyberknife: a frameless robotic system for radiosurgery. In: Stereotactic and Functional Neurosurgery. Band 69, Nummer 1–4, Pt 2, 1997, S. 124–128, ISSN 1011-6125. PMID 9711744.
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  • W. Hara, S. G. Soltys, I. C. Gibbs: CyberKnife robotic radiosurgery system for tumor treatment. In: Expert Review of Anticancer Therapy. Band 7, Nummer 11, November 2007, S. 1507–1515, ISSN 1744-8328. doi:10.1586/14737140.7.11.1507. PMID 18020920. (Review).
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  • A. Muacevic, M. Nentwich, B. Wowra, S. Staerk, A. Kampik, U. Schaller: Development of a streamlined, non-invasive robotic radiosurgery method for treatment of uveal melanoma. In: Technology in cancer research & treatment. Band 7, Nummer 5, Oktober 2008, S. 369–374, ISSN 1533-0346. PMID 18783286.
  • B. Wowra, A. Muacevic, S. Zausinger, J. C. Tonn: Radiosurgery for spinal malignant tumors. In: Deutsches Ärzteblatt international. Band 106, Nummer 7, Februar 2009, S. 106–112, ISSN 1866-0452. doi:10.3238/arztebl.2009.0106. PMID 19562022. PMC 269624 (freier Volltext). (Review).
  • W. Kilby, J. R. Dooley, G. Kuduvalli, S. Sayeh, C. R. Maurer: The CyberKnife Robotic Radiosurgery System in 2010. In: Technology in cancer research & treatment. Band 9, Nummer 5, Oktober 2010, S. 433–452, ISSN 1533-0338. PMID 20815415. (Review).
  • Joanne N. Davis, Clinton Medbery, Sanjeev Sharma, John Pablo, Frank Kimsey, David Perry, Alexander Muacevic, Anand Mahadevan: Stereotactic body radiotherapy for centrally located early-stage non-small cell lung cancer or lung metastases from the RSSearch® patient registry. In: Radiation Oncology. 10, 2015, S. 113. DOI: 10.1186/s13014-015-0417-5

Weblinks


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