Cyberknife

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Datei:Cyberknife M6 und MLC.jpg
Das Cyberknife Gerät M6 und InCise MLC (Multileaf Collimator), Europäisches Cyberknife Zentrum München-Großhadern, Deutschland (Stand 2015)

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[1] 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.[2] 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[3] (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

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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[17]) die Genehmigung. Damit wurde es möglich, die Bewegungen des Patienten bzw. bestimmter Organe (z. B. Lunge) in der Behandlung vorherzuberechnen.[18] 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.[19]

Standorte in Deutschland und der Schweiz

Schweiz:

Ökonomische Aspekte

2013 wurden die Behandlungskosten am Uniklinikum Großhadern mit rund 10.000 Euro veranschlagt[20] , 2016 die Kosten bei ein bis drei Bestrahlungen mit etwa 7000 Euro (am Universitätsklinikum Heidelberg) angegeben.[21]

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.
  • Achim Schweikard, Hiroya Shiomi, John Adler: Respiration tracking in radiosurgery. In: Medical physics. 31.10, 2004, S. 2738–2741.ISSN 1478-596X. doi:10.1002/rcs.38. PMID 17518375. (Review)
  • 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).
  • A. Muacevic, M. Staehler, C. Drexler, B. Wowra, M. Reiser, J. C. Tonn: Technical description, phantom accuracy, and clinical feasibility for fiducial-free frameless real-time image-guided spinal radiosurgery. In: Journal of Neurosurgery: Spine. Band 5, Nummer 4, Oktober 2006, S. 303–312, ISSN 1547-5654. doi:10.3171/spi.2006.5.4.303. PMID 17048766.
  • 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

Einzelnachweise

  1. ↑ S. D. Sharma: Quality of high-energy X-ray radiotherapy beams: Issues of adequacy of routine experimental verification. In: Journal of Medical Physics. 33, 2008, S. 1, doi:10.4103/0971-6203.39416.
  2. ↑ S. C. Sharma, J. T. Ott, J. B. Williams, D. Dickow: Commissioning and acceptance testing of a CyberKnife linear accelerator. In: Journal of applied clinical medical physics / American College of Medical Physics. Band 8, Nummer 3, 2007, S. 2473, ISSN 1526-9914. PMID 17712305.
  3. ↑ A. Schweikard, M. Bodduluri, J. R. Adler: Planning for camera-guided robotic radiosurgery. In: IEEE Transactions on Robotics and Automation. 14, S. 951–962, doi:10.1109/70.736778.
  4. ↑ Kirsten Eibl-Lindner, Christoph Fürweger, Martina Nentwich, Paula Foerster, Berndt Wowra, Ulrich Schaller, Alexander Muacevic: Robotic radiosurgery for the treatment of medium and large uveal melanoma. In: Melanoma Research. Band 26, Nr. 1, Februar 2016, S. 51–57, doi:10.1097/CMR.0000000000000199 (lww.com [abgerufen am 19. August 2016]).
  5. ↑ Berndt Wowra, Alexander Muacevic, Christoph Fürweger, Christian Schichor, Jörg-Christian Tonn: Therapeutic profile of single-fraction radiosurgery of vestibular schwannoma: unrelated malignancy predicts tumor control. In: Neuro-Oncology. Band 14, Nr. 7, 1. Juli 2012, ISSN 1522-8517, S. 902–909, doi:10.1093/neuonc/nos085, PMID 22561798, PMC 3379795 (freier Volltext) – (oxfordjournals.org [abgerufen am 19. August 2016]).
  6. ↑ Or Cohen-Inbar, Cheng-chia Lee, Jason P. Sheehan: The Contemporary Role of Stereotactic Radiosurgery in the Treatment of Meningiomas. In: Neurosurgery Clinics of North America (= Meningiomas). Band 27, Nr. 2, 1. April 2016, S. 215–228, doi:10.1016/j.nec.2015.11.006 (sciencedirect.com [abgerufen am 19. August 2016]).
  7. ↑ Ken Somekawa, Masayuki Yamatani, Satoshi Endo, Kiminori Fuse, Akiyoshi Sato: Prospects of CyberKnife stereotactic radiation therapy for cerebral vascular malformations and functional diseases. In: Brain and Nerve = Shinkei Kenkyū No Shinpo. Band 63, Nr. 3, 1. März 2011, ISSN 1881-6096, S. 217–222, PMID 21386122.
  8. ↑ Berndt Wowra, Alexander Muacevic, Jörg-Christian Tonn: CyberKnife radiosurgery for brain metastases. In: Progress in Neurological Surgery. Band 25, 1. Januar 2012, ISSN 1662-3924, S. 201–209, doi:10.1159/000331193, PMID 22236681.
  9. ↑ Markus Heide: Strahlentherapie bei Hirnmetastasen: Der Trend geht zur stereotaktischen Radiochirurgie statt Ganzhirnbestrahlung. In: www.dgn.org. Abgerufen am 19. August 2016.
  10. ↑ Joanne N. Davis, Clinton Medbery, Sanjeev Sharma, John Pablo, Frank Kimsey: Stereotactic body radiotherapy for centrally located early-stage non-small cell lung cancer or lung metastases from the RSSearch(®) patient registry. In: Radiation Oncology (London, England). Band 10, 1. Januar 2015, ISSN 1748-717X, S. 113, doi:10.1186/s13014-015-0417-5, PMID 25975848, PMC 4443630 (freier Volltext).
  11. ↑ M. Schoenberg, A. Khandoga, S. Stintzing, C. Trumm, T. S. Schiergens, M. Angele, M. Op den Winkel, J. Werner, A. Muacevic, M. Rentsch: CyberKnife Radiosurgery – Value as an Adjunct to Surgical Treatment of HCC? In: Cureus. Band 8, Nr. 4, 28. April 2016 (cureus.com [abgerufen am 6. September 2016]).
  12. ↑ Sebastian Stintzing, Ralf-Thorsten Hoffmann, Volker Heinemann, Markus Kufeld, Markus Rentsch, Alexander Muacevic: Radiosurgery of liver tumors: value of robotic radiosurgical device to treat liver tumors. In: Annals of Surgical Oncology. Band 17, Nr. 11, 1. November 2010, ISSN 1534-4681, S. 2877–2883, doi:10.1245/s10434-010-1187-9, PMID 20574773.
  13. ↑ Christopher R. King, Debra Freeman, Irving Kaplan, Donald Fuller, Giampaolo Bolzicco: Stereotactic body radiotherapy for localized prostate cancer: pooled analysis from a multi-institutional consortium of prospective phase II trials. In: Radiotherapy and Oncology: Journal of the European Society for Therapeutic Radiology and Oncology. Band 109, Nr. 2, 1. November 2013, ISSN 1879-0887, S. 217–221, doi:10.1016/j.radonc.2013.08.030, PMID 24060175.
  14. ↑ Debra Freeman, Gregg Dickerson, Mark Perman: Multi-institutional registry for prostate cancer radiosurgery: a prospective observational clinical trial. In: Frontiers in Oncology. Band 4, 1. Januar 2014, ISSN 2234-943X, S. 369, doi:10.3389/fonc.2014.00369, PMID 25657929, PMC 4302811 (freier Volltext).
  15. ↑ M. Staehler, M. Bader, B. Schlenker, J. Casuscelli, A. Karl, A. Roosen, C. G. Stief, A. Bex, B. Wowra, A. Muacevic: Single fraction radiosurgery for the treatment of renal tumors. In: The Journal of Urology. Band 193, Nr. 3, 1. März 2015, ISSN 1527-3792, S. 771–775, doi:10.1016/j.juro.2014.08.044, PMID 25132240.
  16. ↑ Shankar Siva, Rodney J. Ellis, Lee Ponsky, Bin S. Teh, Anand Mahadevan, Alexander Muacevic, Michael Staehler, Hiroshi Onishi, Peter Wersall, Takuma Nomiya, Simon S. Lo: Consensus statement from the International Radiosurgery Oncology Consortium for Kidney for primary renal cell carcinoma. Future Medicine, London März 2016, S. 637–645 (futuremedicine.com).
  17. ↑ A. Schweikard, G. Glosser, M. Bodduluri, M. J. Murphy, J. R. Adler: Robotic motion compensation for respiratory movement during radiosurgery. In: Computer aided surgery. Band 5, Nummer 4, 2000, S. 263–277, ISSN 1092-9088. doi:10.1002/1097-0150(2000)5:4<263::AID-IGS5>3.0.CO;2-2. PMID 11029159.
  18. ↑ A. Schweikard, H. Shiomi, J. Adler: Respiration tracking in radiosurgery. In: Med Phys. 31, 2004, S. 2738–2741. PMID 15543778.
  19. ↑ Floris Ernst, Alexander Schlaefer, Sonja Dieterich, Achim Schweikard: A Fast Lane Approach to LMS prediction of respiratory motion signals. In: Biomedical Signal Processing and Control. 3, 2008, S. 291–299, doi:10.1016/j.bspc.2008.06.001.
  20. ↑ Dennis Ballwieser, DER SPIEGEL: Cyberknife München: Mit Strahlen gegen Krebs und Metastasen. Abgerufen am 8. Juli 2021.
  21. ↑ Das "Cyberknife" der Heidelberger Uniklinik bestrahlt winzige Tumore punktgenau. Abgerufen am 8. Juli 2021.
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