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Quelle: Prof. K. Scheffler, Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Tübingen
Abbildung 1: Ultrahochfeld-Magntresonanztomographie (9,4T) des Gehirns. Diese Aufnahme zeigt die Schichtung von grauer und weißer Hirnsubstanz sowie kleinste Blutgefäße mit bisher unerreichter Detailschärfe.
Quelle: Prof. L. Schreiber, Universitätsmedizin Mainz

Abbildung 2: Helium-3 MRT der Lunge eines „gesunden“ Menschen. Die Luftröhre führt das Helium-3-Gas in die Lunge, wo sich dieses in den größeren und kleineren Luftwegen gleichmäßig verteilt.

 
Allgemeinmedizin 18. Oktober 2011

Medizinphysiker als wichtige Partner

Die moderne High-Tech-Medizin erfordert Spezialisten, die den Arzt in Grundlagenforschung und Anwendungsentwicklung unterstützt.

In Bereichen wie der Tumorstrahlentherapie ist der Medizinphysiker wichtiger Teil des Behandlungsteams; nicht nur seine Anwesenheit, auch Aus- und dauernde Fortbildung sind gesetzlich vorgeschrieben und werden jährlich vom Bundesministerium überprüft. Ende September fand die Dreiländertagung der Deutschen, Österreichischen und Schweizer Gesellschaft für Medizinische Physik in Wien statt.

 

Die Medizinische Physik steht im Schnittpunkt von Grundlagenforschung, der Entwicklung und Qualitätssicherung technischer Geräte für medizinische Diagnostik und Therapie sowie der Anwendung am und für den Patienten. Dies macht sie zum unverzichtbaren Bindeglied zwischen so verschiedenen Bereichen wie Medizin, Technik, Bildverarbeitung, Informatik und Biologie.

Januskopf der medizinischen Bildgebung

„In den letzten Jahren hat die medizinische Strahlenexposition deutlich zugenommen. Der zu beobachtende Dosisanstieg ist im Wesentlichen auf die Computertomographie (CT) zurückzuführen“, erörterte Prof. Dr. Gunnar Brix von der Abteilung für Medizinischen und beruflichen Strahlenschutz am Bundesamt für Strahlenschutz in München im Rahmen eines Pressegesprächs. Um den Strahlenschutz für die Patienten zu gewährleisten, ist in den europäischen Strahlenschutzrichtlinien festgelegt, dass zwei Strahlenschutzprinzipien in der Medizin stets anzuwenden sind: Zum einen gilt das Prinzip der Rechtfertigung, das heißt, dass der fachkundige Arzt im individuellen Fall entscheiden muss, ob der Nutzen das Risiko einer Röntgenanwendung überwiegt. Zum zweiten müssen die Untersuchungen optimiert werden, d.h. die Dosis für den Patienten ist so gering wie möglich zu wählen, um die gewünschte diagnostische Information zu bekommen.

Individuelle Nutzen-Risiko-Abschätzung

„Eine realistische Bewertung der mit der Röntgendiagnostik verbundenen Risiken ist jedoch nur patientenspezifisch möglich“, so der Experte. So werden Krebspatienten aufgrund ihrer lebensbedrohlichen Erkrankung zwar vielfach radiologisch untersucht, das aus diesen Untersuchungen resultierende Risiko im Vergleich zum Nutzen sowie den sonstigen Risiken, die mit einer wirksamen Tumorbehandlung verbunden sind, ist aber sehr gering.

Anders verhält sich dies bei Patienten mit koronaren Herzerkrankungen, bei denen gehäuft Koronarangiografien durchgeführt werden. Hier gibt es Indizien dafür, dass die rechtfertigenden Indikationen nicht immer so streng gestellt werden, wie dies zu wünschen wäre.

Besorgniserregend ist aus Sicht des Experten der zunehmende Einsatz der CT zur Früherkennung von Erkrankungen bei asymptomatischen Personen, weil zurzeit noch keine ausreichende wissenschaftliche Evidenz vorliegt, dass diese Untersuchungen wirklich einen Nutzen im Sinne einer Mortalitätsreduktion erbringen.

Alternative Verfahren sind im Wesentlichen die Ultraschalldiagnostik und die Magnetresonanztomographie (MRT), bei vielen Indikationen sind jedoch CT und Röntgendiagnostik die Methoden der Wahl. Daher ist in jedem Einzelfall eine Abwägung notwendig, die nur von fachkundigen Ärzten geleistet werden kann. „Viele überweisende Ärzte verfügen in der Regel aber nicht über das notwendige Wissen und unterschätzen die durch die CT verursachte Strahlendosis häufig ganz erheblich“, so Brix. Um die Überweisungsproblematik etwas in den Griff zu bekommen, wird in Österreich die Orientierungshilfe Radiologie (http://orientierungshilfe.vbdo.at/) speziell für überweisende Ärzte herausgegeben, die für verschiedene Fragestellungen auflisten, welches bildgebende Verfahren in welcher Reihenfolge angewendet werden soll. Sie ist auch für Patienten einsehbar.

Tumorbehandlung durch schonende Strahlentherapie

Mit Hilfe moderner Linearbeschleuniger und computerunterstützter Therapieplanung ist es möglich, individuell für jeden Patienten entsprechend der Tumorform eine räumliche Optimierung der Strahlentherapie zu erreichen. Ein wichtiger Aspekt dabei ist, dass sich im Therapieverlauf die räumlichen Verhältnisse verändern können, beispielsweise durch Gewichtsverlust oder aber durch Veränderungen in den umgebenden Organen (z. B. Füllungszustand von Harnblase und Darm auf die Lage eines Prostatakarzinoms). Aufgrund der Organbewegungen wird üblicherweise ein gewisser Sicherheitssaum rund um den Tumor mitbestrahlt. „Diese zeitlichen Veränderungen können nun dank moderner Technologien aufgelöst und korrigiert werden“, betonte Prof. Dr. Dietmar Georg, Leiter der Abteilung für Medizinische Strahlenphysik der Universitätsklinik für Strahlentherapie der Medizinischen Universität Wien.

Berücksichtigung der vierten Dimension

Mit Hilfe neuer bildgebender Verfahren am Bestrahlungsgerät können Aufnahmen vor, während und nach einer Therapie gewonnen werden. Dadurch kann mittels geeigneter Korrekturen der erforderliche Sicherheitssaum verkleinert und das umliegende gesunde Gewebe besser geschont werden.

Ein weiterer innovativer Ansatz zur Überwachung der Tumorbewegung ist die Einbringung kleiner röntgendichter Marker („Goldkügelchen“) in die Prostata. Dies liefert Informationen darüber, inwieweit sich die Lage der Prostata während einer Strahlentherapie-Sitzung verändert. Auch hier kann die Bewegungsinformation genutzt werden, um mittels geeigneter Korrekturen die Position des Tumors direkt hinsichtlich des Strahlenfeldes anzupassen. Darüber hinaus ermöglichen neue Technologien auch eine wesentliche Verkürzung der Strahlenanwendung von bisher rund 15 auf etwa drei bis vier Minuten.

Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet der bildgeführten Strahlentherapie sind kleinlumige Lungentumoren. Die Lage der Lungentumoren kann sich durch die Atmung um einige Zentimeter entlang der Körperlängsachse verschieben. Durch die bildgestützte Strahlentherapie kann nun die Strahlenanwendung mit der Atembewegung genau synchronisiert werden. Die verwendete Bildgebung basiert ihrerseits auf Röntgenstrahlen, die Dosis ist jedoch äußerst gering und auf die Tumorlokalisation beschränkt. Insgesamt lässt sich dadurch eine deutliche Einsparung an Strahlendosen erzielen.

Innovationen in der Magnetresonanztomographie

Die MRT ist ein ohne Röntgenstrahlung funktionierendes bildgebendes Verfahren, das laufend methodisch und technisch weiterentwickelt wird. Beispielsweise gibt es neue Geräte, an die gleichzeitig sehr viele Spulen angeschlossen werden können, wodurch Bilder schneller und mit hoher Bildqualität aufgenommen werden können. Dies ist beispielsweise für die Diagnostik am Herzen oder auch an der Lunge vorteilhaft. Auch kommen Inkubatoren mit solchen Spulen auf den Markt, mit denen Frühgeborene jetzt in bester Bildqualität untersucht werden. „Dies war bisher nicht möglich“, hob Prof. Dr. Laura Schreiber, Präsidentin der Deutschen Gesellschaft für medizinische Physik, hervor.

Eine aktuelle Innovation sind Hochfeld-Tomographen, die mit zwei- bis dreimal stärkeren Magneten als bisher arbeiten und extrem scharfe Bilder aus dem Körper liefern (Abb. 1). Damit lassen sich z. B. Blutgefäße in Tumoren viel deutlicher erkennen, man erwartet besondere Vorteile bei der Diagnostik von Hirntumoren. Diese Ultrahochfeld-Tomographen befinden sich noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium.

Mit der MRT kann Weichteilgewebe wie etwa Gehirngewebe in hervorragender Bildqualität dargestellt werden, hingegen lassen sich Stoffwechselvorgänge wesentlich besser durch andere Verfahren, v.a. Positronen-Emissions-Tomographie (PET), untersuchen. Daher haben Hersteller begonnen, kombinierte PET-MR-Geräte zu entwickeln. Dabei wird die extrem gute Bildqualität der MRT mit der extrem hohen Empfindlichkeit des PET verbunden. Davon verspricht man sich völlig neue diagnostische Möglichkeiten, beispielsweise auch bei Hirntumoren.

Verfeinerte Lungendiagnostik

Ein weiteres Beispiel für eine Weiterentwicklung der MRT ist, dass sie bei Lungenerkrankungen wie Asthma oder COPD eine exaktere und frühzeitigere Diagnose über das Ausmaß vorliegender Schädigungen erlauben. Hierfür werden spezielle Gase wie hyperpolarisiertes Helium-3 verwendet (Abb. 2). Dies soll in Zukunft ermöglichen, durch medikamentöse oder andere Maßnahmen ein Fortschreiten dieser Schäden in der Lunge zu verhindern. FH

 

Quelle: Pressekonferenz „Neues aus der Medizinphysik“,

29. September 2011, Wien .

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