Intensitätsmodulierte Strahlentherapie

Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang Schlegel

24.2.1945

geboren in Hartenstein, Sachsen

1964

Abitur

1964 – 1968

Studium der Physik, Mathematik und Chemie an der Freien Universität Berlin

1968 – 1970

Studium der Physik, Mathematik und Mikrobiologie an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg; Diplomand des Max-Planck-Instituts für Kernphysik, Heidelberg

1970

Diplom in Physik

1970 – 1972

Doktorand am Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg

1972

Promotion

1972 – 1973

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg

1973 – 1994

Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung für Biophysik und medizinische Strahlenphysik, Forschungsschwerpunkt Radiologische Diagnostik und Therapie am Deutschen Krebs-forschungszentrum (DKFZ), Heidelberg

1987/1988

Habilitation und Venia Legendi in Medizinischer Physik an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

1988

Ruf an die Freie Universität Berlin, Lehrstuhl für Medizinische Physik

1992 – 1998

Gewähltes Mitglied des Wissenschaftlichen Rats am DKFZ, Heidelberg

seit 1993

Professor für Medizinphysik an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Mitglied der dortigen Medizinischen Fakultät

seit 1994

Leiter der Abteilung „Medizinische Physik“, Forschungs-schwerpunkt Radiologische Diagnostik und Therapie am DKFZ, Heidelberg

seit 1997

Vorstandsmitglied der Deutschen Gesellschaft für Radio- onkologie (DEGRO)

seit 1999

Mitglied des Kuratoriums des DKFZ, Heidelberg

seit 2000

Gewählter Fachgutachter für Medizinische Physik und Bio-medizinische Technik der Deutschen Forschungsgesellschaft

Ehrungen:

1993

Ehrenmitglied der Ungarischen Gesellschaft für Strahlentherapie

1996

Karl Heinz Beckurts-Preis des Bundesministeriums für Bildung und Forschung

2000

Poster-Preis der XIIIth International Conference of the Use of Computers in Radiation Therapy

Priv.-Doz. Dr. rer. nat. Thomas Bortfeld

15.03.1962

geboren in Hannover, Niedersachsen

1981

Abitur

1982 – 1983

Studium der Physik und Mathematik an der Universität Hannover

1983 – 1985

Studium der Physik und Geophysik an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

1985 – 1988

Studium der Physik und Philosophie an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

1988

Diplom in Physik

1989 – 1991

Wissenschaftliche Hilfskraft, Abteilung für Biophysik und medizinische Strahlenphysik am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ), Heidelberg

1990

Promotion

1991 – 1992

Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Abteilung für Biophysik und medizinische Strahlenphysik am DKFZ, Heidelberg

1992 – 1993

Gastwissenschaftler, Institute of Radiation Physics, M.D. Anderson Cancer Center, Houston, sowie am Department of Medical Physics, Memorial Sloan Kettering Cancer Center, New York

1993 – 1996

Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Abteilung für Medizinische Physik am DKFZ, Heidelberg

1994 – 2001

Leiter der Arbeitsgruppe „Physikalische Modelle“ am DKFZ, Heidelberg

1995

Habilitation und Venia Legendi in Physik an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

1996 – 2001

Stellvertretender Leiter der Abteilung Medizinische Physik am DKFZ, Heidelberg

1.6.2001

Director of Physics Research, Radiation Oncology, Mass. General Hospital, Boston; Associate Professor of Radiation Oncology (Physics), Harvard Medical School

Ehrungen:

1990

Richtzenhain-Preis des DKFZ, Heidelberg

1994

Helax-Preis der Helax AB, Uppsala

1995

Young Investigator´s Award, 3. Platz, der American Association of Physicists in Medicine

1997 – 2001

Mitglied des „International Advisory Board“ der Zeitschrift Physics in Medicine and Biologie; Mitherausgeber der Zeitschrift Physica Medica

seit 1999

Steering Council Heidelberg IMRT School

Priv.-Doz. Dr. med. Dr. rer. nat. Jürgen Peter Debus

23.5.1964

geboren in Lorsch, Hessen

1983

Abitur

1984 – 1991

Studium der Medizin und Physik an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

1988

Diplomand der Abteilung für Biophysik und Medizinische Strahlenphysik, Forschungsschwerpunkt Radiologische Diagnostik und Therapie am Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ), Heidelberg

1988 – 1991

Doktorand am DKFZ, Heidelberg

1991

Promotion zum Dr. rer. nat.

1991 – 1992

Mitarbeiter der Abteilung Onkologische Diagnostik und Therapie, DKFZ Heidelberg

seit 1992

Mitarbeiter der Abteilung Strahlentherapie am DKFZ, Heidelberg

1993

Promotion zum Dr. med.

seit 1993

Leiter der Arbeitsgruppe „Neue Verfahren der lokoregionären Tumortherapie“ an der Radiologischen Klinik und Poliklinik der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

seit 1996

Leitender Physiker der Radiologie an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

1997

Habilitation in Medizin

seit 1997

Leiter der Abteilung Strahlenonkologie an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

seit 1998

Mitglied des Wissenschaftlichen Vorstands des DKFZ; Berater auf dem Gebiet Strahlenonkologie; Mitglied der Expertendiskussionsgruppe Strahlenonkologie

seit 2000

Leitender Betreuer der Abteilung Strahlenonkologie an der Universitätsklinik Heidelberg

Ehrungen:

1992

Philipps-Preis für medizinische Physik

1992

Varian-Preis

1993

Preis der Deutschen Gesellschaft für Ultrasound in Medizin

1995

Poster-Preis des Deutschen Röntgenkongresses; Young Investigator´s Award, American Association of Physicists in Medicine; Auslandsstipendium der Deutschen Krebsgesellschaft

1996

Poster-Preis des Deutschen Röntgenkongresses

1998

Herman-Holthusen-Preis der Deutschen Gesellschaft für Strahlenonkologie

1999

Erwin-Schrödinger-Preis, Wissenschaftspreis des Stifterverbandes

1991 – 1992

Mitarbeiter der Abteilung Onkologische Diagnostik und Therapie, DKFZ Heidelberg

seit 1992

Mitarbeiter der Abteilung Strahlentherapie am DKFZ, Heidelberg

1993

Promotion zum Dr. med.

seit 1993

Leiter der Arbeitsgruppe „Neue Verfahren der lokoregionären Tumortherapie“ an der Radiologischen Klinik und Poliklinik der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

seit 1996

Leitender Physiker der Radiologie an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

1997

Habilitation in Medizin

seit 1997

Leiter der Abteilung Strahlenonkologie an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

seit 1998

Mitglied des Wissenschaftlichen Vorstands des DKFZ; Berater auf dem Gebiet Strahlenonkologie; Mitglied der Expertendiskussionsgruppe Strahlenonkologie

seit 2000

Leitender Betreuer der Abteilung Strahlenonkologie an der Universitätsklinik Heidelberg

Projektsprecher

Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang Schlegel
Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)
Im Neuenheimer Feld 280
69120 Heidelberg
Tel.: +49 (0) 6221 / 42 25 51
Fax: +49 (0) 6221 / 42 25 61
E-Mail: w.schlegel@dkfz.de

Pressekontakt

Hilke Stamatiadis-Smidt, M.A.
Leiterin der Stabsabteilung
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit und des Krebsinformationsdienstes
Tel.: +49 (0) 6221 / 42 28 54
Fax: +49 (0) 6221 / 42 25 968
E-Mail: presse@dkfz.de

Strahlentherapie: Gratwanderung zwischen Unterdosierung des kranken und Überdosierung des gesunden Gewebes
Die Strahlentherapie ist nach der Chirurgie die erfolgreichste und am häufigsten eingesetzte Therapie bei Krebserkrankungen. Sie kommt heute bei mindestens der Hälfte aller Krebspatienten zum Einsatz, das sind in Deutschland etwa 250.000 Patienten pro Jahr. Bei einer Strahlentherapie soll idealerweise allen Tumorzellen eine so hohe Strahlendosis verabreicht werden, dass der Tumor zerstört wird. Dies ist eine schwierige technische Herausforderung, weil bösartige Tumore manchmal dicht neben sehr strahlenempfindlichen gesunden Organen liegen, wie etwa Augen, Sehnerv und Hirnstamm, Rückenmark, Darm oder Lunge. Diese sogenannten „Risikoorgane“ dürfen durch die Bestrahlung nicht geschädigt werden. Die Situation wird noch komplizierter, wenn das Tumorgewebe selbst relativ schlecht auf eine Bestrahlung anspricht und sehr hohe Strahlendosen notwendig sind, um eine therapeutische Wirkung zu erzielen.

Optimierung der Strahlendosisverteilung als Forschungsziel
Ziel der Forschungsarbeiten des Teams am Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) ist es, eine Bestrahlung zu erreichen, bei der Tumorvolumen und Bestrahlungsvolumen möglichst deckungsgleich sind. Die Verteilung der Strahlendosis im Gewebe muss so gestaltet sein, dass die therapeutisch wirksame Strahlendosis konzentriert auf das Tumorvolumen einwirkt und hier die maximale therapeutische Wirkung entfaltet. Im angrenzenden gesunden Gewebe dagegen soll die Strahlendosis möglichst so niedrig sein, dass sie für das jeweilige Normalgewebe ungefährlich ist. Denn je präziser eine Bestrahlung ist und je besser gesundes Gewebe geschützt werden kann, desto höher darf die dem Tumor verabreichte Strahlendosis sein und desto größer ist auch die Heilungschance für den Patienten.

Der erste Durchbruch: Die „dreidimensionale Strahlentherapieplanung“
Das DKFZ-Team entwickelte schon in den Jahren 1980-1990 ein Computerverfahren, das die Strahlentherapie wesentlich verbesserte: die „dreidimensionale Strahlentherapieplanung“. Anhand von CT-Bildern des Patienten kann mit diesen Programmen innerhalb von Sekundenbruchteilen eine Computersimulation des vom Tumor befallenen Körperareals auf dem Bildschirm dargestellt und die Dosisverteilung im Gewebe vorausberechnet werden. Diese Planung wird heute überall in der Strahlentherapie eingesetzt.

Die Grenzen der heutigen Strahlentherapie: Unregelmäßig geformte Tumoren
Bei kompliziert geformten Tumoren, die in unmittelbarer Nähe von strahlenempfindlichem gesunden Gewebe liegen, stößt auch die dreidimensional geplante Strahlentherapie an ihre Grenzen. Praktisch unmöglich ist es, Tumoren mit konkav geformten Einbuchtungen zu bestrahlen, in denen ein Risikoorgan liegt. Hier wird der Tumor in der Regel unterdosiert bestrahlt, um Komplikationen an den Organen zu vermeiden. Damit sinkt jedoch die Heilungschance des Patienten.

Der zweite Durchbruch: Die „intensitätsmodulierte Strahlentherapie IMRT“
Ein Ausweg aus dem Dilemma der Dosierungs-Gratwanderung zeichnet sich durch ein neues Verfahren ab, das die Gruppe am DKFZ in den letzten 10 Jahren entwikcelt hat: die „intensitätsmodulierte Strahlentherapie“ (engl.: Intensity-modulated Radiotherapy, IMRT). Bei der bisher durchgeführten Strahlentherapie haben alle Bestrahlungsfelder eine konstante Intensität: Betrachtet man den Therapiestrahl im Querschnitt, so ist an jedem Punkt dieses Feldes die Strahlungsintensität gleich hoch. Bei der neuen „intensitätsmodulierten Strahlentherapie“ wird die Intensität der Strahlendosis innerhalb eines Bestrahlungsfeldes verändert (´moduliert´). Es wird also nicht mehr eine gleichmäßige Intensität gewählt, sondern das Feld wird in viele kleine Teilbereiche zerlegt, die mit jeweils unterschiedlicher Intensität und damit Dosis bestrahlt werden. So wird ein Punkt im Tumor in einem Bereich beispielsweise mit einer schwachen Intensität bestrahlt, weil hier ein Risikoorgan in der Nähe liegt, und in einem anderen Bereich mit einer hohen Intensität, weil hier der Tumor zum Beispiel sehr dick ist.

IMRT ermöglicht höhere Tumordosis bei geringerer Nebenwirkung
Bei der Bestrahlung werden mehrere, aus verschiedenen Richtungen eingestrahlte intensitätsmodulierte Strahlenfelder im Tumor überlagert. In jedem Punkt des Tumors ergibt sich durch Überlagerung der intensitätsmodulierten Strahlenbündel und Addition ihrer Intensitäten die gewünschte gleichmäßige therapeutische Dosis. Auf diese Weise werden in der Praxis die Bestrahlung des Tumors und die Schonung von Risikoorganen optimal ausbalanciert. Folglich ergibt sich eine wesentlich bessere Dosisverteilung als mit der bisherigen Strahlentherapie. Es ist möglich, die Dosis im Tumor zu erhöhen, ohne dass das gesunde Gewebe stärker in Mitleidenschaft gezogen wird. Für die Patienten bedeutet das, dass sich die Heilungschance erhöht, während unerwünschte Nebenwirkungen der Bestrahlung durch Komplikationen am gesunden Gewebe seltener sind.

Verwirklichung der IMRT mit computersteuerbaren Strahlenblenden
Zur Erzeugung intensitätsmodulierter Felder haben sich die Wissenschaftler am DKFZ ein Verfahren ausgedacht, das computergesteuerte Strahlenblenden, sogenannte Multi-Leaf-Kollimatoren, einsetzt. Dabei wird die unterschiedliche Intensität aus einer Einstrahlrichtung dadurch erzeugt, dass verschiedene, vom Kollimator geformte Einzelfelder konstanter Intensität ganz oder partiell überlagert werden und sich die Intensitäten hier addieren.

Inverse Planung: Die IMRT muss „umgekehrt“ geplant werden
Die intensitätsmodulierte Strahlentherapie ist nicht nur wesentlich präziser, sondern auch wesentlich aufwendiger als die bisherige Strahlentherapie. Ein schrittweises Ermitteln der Bestrahlungsfelder wie in der 3D-Planung wäre viel zu zeitraubend. Von dem DKFZ-Team musste daher ein besonders leistungsfähiges neues Bestrahlungsplanungsprogramm entwickelt werden: die sogenannte „inverse Strahlentherapie-Planung“. Sie funktioniert im Vergleich zur bisherigen Planung umgekehrt („invers“), was wesentlich einfacher ist. Der Arzt gibt die Konturen des Zielvolumens und der Risikoorgane, die therapeutische Dosis im Zielvolumen sowie die Toleranzdosen der Risikoorgane vor. Mit Hilfe des neuen inversen Planungsprogrammes KonRad (Konformale Radiotherapie) lassen sich aus diesen Daten automatisch diejenigen Intensitätsmodulationen der einzelnen Bestrahlungsfelder errechnen, die zur bestmöglichen Dosisverteilung führen. Erst durch KonRad ist ein praktischer Einsatz der IMRT ermöglicht worden.
Der entscheidende Vorteil ist, dass sich mit der inversen Planung auch für Patienten mit kompliziertesten Tumoren der optimale Bestrahlungsplan ausarbeiten lässt. Genauer geht es aus physikalischer und mathematischer Sicht nicht. Die Dosisberechnung ist so präzise, dass die Risikoorgane bei der anschließenden Bestrahlung außergewöhnlich gut geschont werden, so dass die Dosis im Tumor erhöht werden kann. Das wiederum erhöht die Heilungschance der Patienten und mindert die Zahl strahlenbedingter Komplikationen am gesunden Gewebe.

Erste klinische Erfahrungen mit der invers geplanten IMRT
Der weltweit erste klinische Einsatz der IMRT erfolgte 1996 mit Hilfe der am DKFZ entwickelten Verfahren und Programme am Memorial Sloan Kettering Cancer Center in New York. In einer klinischen Studie mit über 700 Patienten konnte inzwischen gezeigt werden, dass das Risiko für schwerwiegende Darmblutungen innerhalb der ersten zwei Jahre nach Bestrahlung von 10% auf 2% gesenkt werden kann. Das krankheitsfreie Überleben nach fünf Jahren erhöhte sich von 47% auf 70%. In Europa wurden 1997 die ersten Patienten mit der IMRT am DKFZ behandelt. Derzeit arbeiten das DKFZ und die Universitätsklinik Heidelberg gemeinsam daran, zu erforschen, welche Tumorerkrankungen vorteilhaft mit IMRT behandelt werden können. Im Rahmen einer seit 1998 laufenden klinischen Studie zur IMRT wurden bisher über 200 Patienten mit Tumoren der Nasenhöhlen, rückenmarksnahen Tumoren, Kopf-Hals-Tumoren sowie Prostata-, Bronchial- und Mamakarzinomen mit vielversprechenden Ergebnissen behandelt.

Verbreitung des neuen Verfahrens durch eine ausgegründete Firma
Die weltweite Verbreitung der neuen Behandlungstechnik hat die Firma MRC Medizintechnische Systeme GmbH in Heidelberg übernommen. In dieser aus dem DKFZ ausgegründeten Firma haben Physiker und Informatiker, die zum größten Teil Mitarbeiter der Abteilung von Prof. Schlegel waren, neue Arbeitsplätze gefunden. Hier wird die Hardware und Software überarbeitet und bis zum marktreifen Produkt weiterentwickelt. Nachdem im Jahr 2000 die Zulassung nach den Richtlinien des Medizin-Produktegesetzes und der Food and Drug Administration erfolgte, konnten die ersten klinischen Installationen in Europa (London, Clatterbridge, Umea, Utrecht, Amsterdam, Leuven, Heidelberg, Würzburg), Asien (Kagawa), Amerika (Toronto, New York, Los Angeles, Detroit, Boston, Cincinnati, Houston) und Australien durchgeführt werden.

Informationen und Kontakt zum Deutschen Zukunftspreis unter:

Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.