Positionskontrolle und Zielverfolgung mit dem Cyberknife-System

Das Cyberknife-System bietet verschiedene Methoden der Positionskontrolle und Zielverfolgung. Diese Mechanismen werden "Tracking" genannt.

Prinzipiell unterscheidet man zwischen

  • einer statischen Positionskontrolle und
  • einer dynamischen Zielführung.

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Tracking: Positionskontrolle und Zielverfolgung

Das Cyberknife-System bietet verschiedene Methoden der Positionskontrolle und Zielverfolgung. Diese Mechanismen werden "Tracking" genannt.

Prinzipiell wird zwischen einer statischen Positionskontrolle und einer dynamischen Zielführung unterschieden.

Bei nicht beweglichen Zielstrukturen, wie dem Kopf, Gehirn oder der Wirbelsäule, werden angrenzende Knochen zur Positionskontrolle verwendet, da diese eine guten Kontrast im Röntgenbild bieten. So wird die Position des Kopfes bei der Behandlung im Bereich des Gehirns über eine Bilderkennung des Schädelknochens gesteuert.

Ähnlich werden bei der Behandlung der Wirbelsäule die Wirbelkörper und Wirbelbögen zur Positionierung der Wirbelsäule herangezogen.

Woher weiß das CyberKnife, wo der Tumor ist?

Statische Positionskontrolle bei Kopf- und Wirbelsäulenbehandlungen

Das Cyberknife-System kann eine Läsion im Kopf oder in der Wirbelsäule selbst "nicht sehen". Daher werden die Zielstruktur sowie die benachbarten Organe und Strukturen im zuvor angefertigten Planungs-Computertomogramm am Bildschirm des Planungsrechners vom behandelnden Arzt definiert, indem diese auf dem CT-Bild eingezeichnet werden.

Das Planungssystem kann nun die Lage des Tumors im Verhältnis zum Schädelknochen oder zur Wirbelsäule berechnen. Diese knöchernen Strukturen werden dann vor und während der Behandlung vom Cyberknife-System über die Positions-Röntgenkameras geortet. Da das System jetzt die Lage des Tumors im Verhältnis zu den Knochen kennt, weiß es damit auch, wo sich der Tumor befindet.

Dynamische Positionskontrolle mit Gold-Markern

Die Bewegungen der Zielstruktur bzw. des Tumors aufgrund von Atmung oder Organverschiebungen (Darm, Leber, Prostata, Niere), müssen bei der Behandlung berücksichtigt werden. Deshalb wird die Lage des Organs und damit auch die Position des Tumors während der Behandlung ständig kontrolliert.

Da die inneren Organe keinen ausreichenden Kontrast in den Positions-Röntgenaufnahmen liefern, werden kleine Metallstifte aus Gold von wenigen Millimetern Größe in oder um den Tumor platziert. Dies geschieht vor der Bestrahlungsplanung in örtlicher Betäubung. Die Goldmarker (sogenannte "Fiducials") werden in ihrer Lagebeziehung zum Tumor vom Röntgensystem während der Behandlung abgebildet.

Die Bewegungen des Tumors können zu jedem Zeitpunkt der Behandlung erfasst und korrigiert werden, so dass die Präzision der Bestrahlung gewährleistet ist.

Dynamische Positionskontrolle mit Atmung synchronisiert

Die gleichmäßige Verschiebung eines Tumors durch die Atmung (bei Lunge, Leber oder Niere) ermöglicht eine Synchronisierung des Bestrahlungsroboters mit der Atembewegung. Dazu wird über eine Infrarotkamera die Atembewegung des Brustkorbs kontinuierlich aufgezeichnet.

Gleichzeitig wird die jeweilige Position des Tumors über das Positions-Röntgensystem zu verschiedenen Zeitpunkten des Atemzyklus erfasst und mit der Atemkurve abgeglichen.

Anhand eines mathematischen Modells wird die äußere Bewegung des Brustkorbs in die innere Bewegung des Tumors umgerechnet und an den Roboter weitergegeben. So kann dieser in Abhängigkeit von der aktuellen Atembewegung den Tumor exakt an seiner tatsächlichen Position bestrahlen.