Schon 1896 wurden die ersten Röntgenapparate gebaut und in Betrieb genommen. Sehr schnell merkte man, dass die Röntgenstrahlen erfolgreich bei Tumoren und Gelenkbeschwerden angewandt werden können. Allerdings fehlten die Erfahrungen im Umgang mit der neuen Technologie, vor allem Ärzte und das Assistenzpersonal erlitten Hautentzündungen, weil sie aus Unwissenheit ihre Hände im Strahlengang hielten.

Später folgte die Erkenntnis, dass diese Röntgenstrahlen Sterilität und Krebs verursachen können, zudem wurden Veränderungen im Blut und in den blutbildenden Organen beobachtet. Erst Mitte der 1920er Jahre des letzten Jahrhunderts wurde der Einfluss der Röntgenstrahlen auf das Erbgut und die genetischen Veränderungen von dem amerikanischen Genetiker Herman J. Muller (1890–1967) beschrieben.

Ein weiterer Meilenstein war die Entdeckung der natürlichen Radioaktivität durch Henri Becquerel 1896 und 1898 durch Marie Curie anhand von Uran und später Radium. Man erkannte, dass der Gammastrahlenanteil des Radiums tiefer in das Gewebe eindringt als Röntgenstrahlung. Nun konnte therapiert werden, indem man für kurze Zeit das radioaktive Material sehr nahe an den Tumor brachte. Anfang des letzten Jahrhunderts kam das Radium-226 vorzugsweise in der Gynäkologie zur Anwendung. So wurde beispielsweise 1949 eine „Kleinraumbestrahlung“ (nah = griechisch: Brachy) zur Behandlung von gynäkologischen Tumoren mit Radium-226 an der Universität Göttingen vorgestellt. Sie gilt als Vorläufer des heutigen Afterloading. Hier wurde das Radium gelagert in Applikatoren in die Körperhöhle gebracht, ebenfalls konnten der radioaktive Stoff in Moulagen (Abschn. 9.3) eingebettet und auf die Körperoberfläche gelegt werden. Durch die Angaben der Lieferanten zur Aktivität konnte die Dosierung in „mg-Element-Stunden“ mit der Liegezeit in Stunden berechnet werden. Das Radium wurde in den 1960er Jahren durch andere Nuklide ersetzt, da sich aufgrund seines Zerfalls in Radon-222 große Nachteile für den Strahlenschutz der Patienten und des Personals ergaben. In Deutschland setzte sich das Radionuklid Iridium-192 durch. Das Bestrahlungsgerät befindet sich nun im Bestrahlungsraum und die Steuereinheit in einem Schaltraum außerhalb des Bestrahlungsraumes.

Um Tumore auch in tieferen, nicht direkt zugänglichen Regionen schonend zu behandeln, wurde nach weiteren Möglichkeiten der Strahlenapplikation gesucht. Die Lösung hierfür fand sich in der Entwicklung und Einführung der Teletherapie Anfang der 1950er Jahre.

Ab Mitte der 1950er Jahre kam das Kobaltgerät als Teletherapie zum Einsatz. Die ersten Anwendungen gab es in Kanada. Nun war es möglich, mit dem radioaktiven Kobalt-60 tiefliegende Tumore mit ausreichender Dosis und guten Dosisverteilungen zu bestrahlen. Telekobaltgeräte gelten als unkompliziert und nahezu störungsfrei. Nachteilig ist jedoch die Halbschattenzone, zwischen bestrahltem und nicht bestrahltem Gebiet, da die Quelle eine größere Ausdehnung als der Fokus eines Röntgengerätes hat. Durch den flachen Halbschatten wurde unter Umständen mehr Dosis im gesunden Gewebe appliziert. Zudem stellen auch die niedrige Dosisleistung und die Notwendigkeit eines Quellenwechsels alle 3–5 Jahre einen Nachteil dar (zum Beispiel einer Kobaltkanone s. Abb. 9.1).

Der Linearbeschleuniger (engl. linear accelerator, kurz: Linac) löste in den 1970er Jahren das ebenfalls weit verbreitete Hochvoltgerät Betatron ab. Das Betatron, ein Kreisbeschleuniger, brachte wenig biologische Vorteile und war aufgrund der Größe des Bestrahlungsgerätes und Handhabung eher nachteilig für die Behandlung von Tumorpatienten.

Die Idee von der Entwicklung des Linearbeschleunigers gab es schon Mitte der 1920er Jahre, amerikanischen Wissenschaftlern gelang es mit einer relativ geringen Wechselspannung, Teilchen zu beschleunigen. Erst Mitte der 1940er Jahre wurden in Amerika größere Wanderwellenbeschleuniger entwickelt. Die Linearbeschleuniger gelten als technisch stabil und können sowohl mit Photonen als auch mit Elektronen bestrahlen.

Heute ist der Linac das wichtigste Therapiegerät in der Strahlentherapie. Aus einem Injektor werden Elektronen in einem hochfrequenten elektrischen Feld beschleunigt. Diese Elektronen können direkt verwendet oder durch ein Target abgebremst werden, wodurch ultraharte Röntgenstrahlung (Photonen) entsteht (Abschn. 9.3).

Bedeutend für die Arbeit am Linac ist die Entwicklung des Mulitleaf-Kollimators (MLC). Dieser löste Mitte der 1990er Jahre die feldspezifische und individuell gegossene Blende als Feldformung ab. Die Weiterentwicklung des MLC durch Bewegung während der Bestrahlung (Abschn. 9.3), ist seit Mitte des letzten Jahrzehntes Basis für die Einführung der intensitäts-modulierten Radiotherapie (IMRT, Abschn. 9.3) oder der Applikation kleinvolumiger stereotaktischen Bestrahlungsfelder via Mikro-MLC. Dieser enorme technische Fortschritt ermöglicht uns heute eine hochpräzise, für das gesunde Gewebe weitgehend schonende Strahlentherapie und ist Standard in jeder Strahlenklinik.

Die Einführung der Mehrfelder-Bestrahlungstechniken und die gewonnenen Erkenntnisse zur Strahlenbiologie in den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts veranlasste die Anwender, Konzepte zur Fraktionierung und Dosisverteilung auszuarbeiten und in die Röntgentherapie zu implementieren. Mit der Gründung der ICRU (International Commission on Radiation Units and Measurement) im Jahr 1925, wurden erstmals internationale Einheiten zur Messung der Strahlung am Menschen festgelegt. Heute werden die Empfehlungen des ICRU Komitees international angewandt und regelmäßig aktualisiert.

Die Planung der Bestrahlung erfolgte ab Mitte der 1930er Jahre zweidimensional, Herr Hans Holfelder (1891–1944) veröffentlichte in diesen Jahren seine Idee zur Dosisverteilung. Die von ihm konstruierten Felder wurden mit durchsichtigen Schablonen aufgezeichnet, damit konnten Tiefendosiskurven (Abschn. 9.3) auf einen errechneten Körperdurchschnitt aufgelegt und berechnet werden.

Die zweidimensionale Therapieplanung wurde in den 1980er Jahren durch die Einführung der Computertomographie in der Strahlentherapie durch eine dreidimensionale Planung schrittweise ersetzt. Die Bilddaten und virtuellen Dichtewerte des Gewebes (Hounsfield Unit kurz: HU) im Planungs-CT bilden heute die Basis für eine individuelle Therapieplanung (Abschn. 9.6). Spezielle Planungsprogramme ermöglichen, unter Berücksichtigung der spezifischen Anatomie, die Erstellung eines virtuellen Bestrahlungsplanes. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Ärzten, Medizinphysikexperten, MTRA, Pflegepersonal und Informatikern dient seit vielen Jahren als Basis für eine sehr gute Qualität der Behandlung von Tumorpatienten.

Während der Strahlentherapie haben die MTRA den engsten Patientenkontakt und sind über mehrere Wochen für die Patienten direkter Ansprechpartner und Bezugsperson.

Zu den wichtigsten Aufgaben gehören:

Der Linearbeschleuniger (Abb. 9.2) besteht aus einem Röntgengerät, das mit einem Beschleunigungsrohr als zusätzlicher Vorrichtung die Strahlen mit höherer Energie ausstattet. Man nennt sie ultraharte Röntgenstrahlung oder auch hochenergetische Photonenstrahlung, mit der es möglich ist, tiefer gelegene Tumoren zu erreichen – im Gegensatz zur konventionellen Röntgentherapie (Abschn. 9.3.7), die nur oberflächlich wirkt.

Der Beschleunigerarm, Gantry genannt, kann sich in einer Ebene um den Behandlungstisch drehen. Seine Position wird als Gantrywinkel angegeben. Der Strahlerkopf, der sich am Ende des Beschleunigerrohrs befindet, ist drehbar. Da sowohl der Behandlungstisch, die Gantry als auch der Strahlerkopf beweglich sind, hat man beinahe uneingeschränkte Möglichkeiten, um den Tumor aus allen Richtungen zu bestrahlen. Der Tischwinkel gibt dabei die Position des Tisches und der Kollimatorwinkel die des Strahlerkopfes an.

Eine Gesellschaft, die International Commission on Radiation Units and Measurements (ICRU), hat Empfehlungen für die Dosisverschreibung in der Strahlentherapie erarbeitet, veröffentlicht als Report ICRU 50 und ICRU62. Darin sind neben der Definition von GTV, CTV und PTV (Abschn. 9.6.6) beschrieben, wie bei der Erstellung eines Bestrahlungsplans vorgegangen werden soll. Unter anderem wird eine homogene Dosisapplikation im Zielvolumen PTV gefordert mit einem Minimum von 95 % und einem Maximum von 107 %.

In den letzten Jahren wurden Linearbeschleuniger entwickelt, die ebenfalls Photonen erzeugen und ausstrahlen, aber bautechnisch so verändert sind, dass sie ganz bestimmte Bedürfnisse erfüllen.

Röntgentherapie geräte findet man leider nur noch selten in radioonkologischen Einrichtungen. Aus epidemiologischen Gründen (die Menschen werden älter und bleiben länger körperlich aktiv) steigt jedoch die Nachfrage. Denn mithilfe dieses Apparates lassen sich typische Erkrankungen des Alters (Abschn. 9.3.6) sehr gut behandeln.

Zur Radiotherapie im kV-Bereich wird ein konventioneller Röntgenapparat verwendet, der aber mit höherer Spannung als in der Diagnostik ausgestattet ist, sodass die Röntgenstrahlen mit einer Energie zwischen 30–200 kV therapeutisch eingesetzt werden können. Die weiche, niederenergetische Strahlung wird mittels Metallfilter absorbiert, da sie zur Behandlung ungeeignet ist. Mehrere Filter aus Beryllium, Aluminium oder Kupfer mit unterschiedlicher Dicke stehen zur Auswahl. Früher wurden sie per Hand eingelegt, in den neueren Geräten geschieht das automatisch. Über den Filter und die Röhrenspannung wird die Eindringtiefe der Röntgenstrahlen ins Gewebe bestimmt. Auch der Fokus-Haut-Abstand beeinflusst die Dosisverteilung, meistens wird aber von Seiten des Geräteherstellers nur eine Distanz, z. B. 40 cm, zugelassen. Gläserne Tuben fixieren diesen Abstand. Sie sind rechteckig bis ungefähr zu einer Größe von 10 × 15 cm oder rund bis minimal 2 cm Durchmesser. Das obere Ende des Tubus ist am Strahlerkopf eingehängt, das untere Ende des Tubus berührt die Haut des Patienten. Manchmal ist es für eine ausreichende Dosisverteilung auch nötig an einer Körperkontur eine Moulage anzulegen, z. B. um die Spitze des abgewinkelten Ellbogens (Abschn. 9.3.4).