Xác thực in vivo của hệ thống lập kế hoạch điều trị cho liệu pháp nhiệt trị hoá cảm ứng bằng laser (LITT) đối với các khối u ác tính ở gan

International Journal of Colorectal Disease - Tập 26 - Trang 799-808 - 2011
Kai Siegfried Lehmann1, Bernd Benedikt Frericks2, Christoph Holmer1, Andrea Schenk3, Andreas Weihusen4, Verena Knappe1, Urte Zurbuchen1, Heinz Otto Peitgen4, Heinz Johannes Buhr5, Jörg Peter Ritz1
1Department of General, Vascular and Thoracic Surgery, Charité - University Medicine Berlin, Berlin, Germany
2Department of Radiology and Nuclear Medicine, Charité - University Medicine Berlin, Berlin, Germany
3Fraunhofer MEVIS—Institute for Medical Image Computing, Bremen, Germany
4Fraunhofer MEVIS, Institute for Medical Image Computing, Bremen, Germany
5Department of General, Vascular and Thoracic Surgery, Charité, University Medicine Berlin, Berlin, Germany

Tóm tắt

Phương pháp điều trị phá hủy tại chỗ ngày càng được sử dụng nhiều để điều trị các khối u ác tính ở gan. Sự áp dụng của các kỹ thuật này bị hạn chế bởi thiếu khả năng dự đoán chính xác thể tích phá hủy. Điều này đặc biệt đúng trong những tình huống khó khăn về giải phẫu, chẳng hạn như di căn ở gần các mạch máu lớn của gan. Chúng tôi đã phát triển một hệ thống lập kế hoạch ba chiều (3D) cho liệu pháp nhiệt trị hoá cảm ứng bằng laser (LITT) của các khối u gan. Mục tiêu của nghiên cứu là xác thực hệ thống để tính toán thể tích phá hủy. LITT (28 W, 20 phút) được thực hiện ở gần các mạch máu chính của gan trên sáu con heo. Sau khi cắt bỏ gan, vùng đông máu được ghi lại. Gan và các cấu trúc mạch máu của nó được phân đoạn từ hình ảnh CT trước can thiệp. Việc lập kế hoạch điều trị được thực hiện với hiệu ứng làm mát của các mạch máu gan bên cạnh. Các tổn thương in vivo và các tổn thương mô phỏng được so sánh thông qua phân tích hình thái học. Thể tích của các tổn thương in vivo là 6,568.3 ± 3,245.9 mm3, không khác biệt so với kết quả mô phỏng là 6,935.2 ± 2,538.5 mm3 (P = 0.937). Phân tích hình thái học cho thấy độ nhạy của hệ thống là 0.896 ± 0.093 (dự đoán chính xác mô bị hủy). Độ đặc hiệu là 0.858 ± 0.090 (dự đoán chính xác mô sống). Một hệ thống lập kế hoạch máy tính 3D cho việc dự đoán tổn thương nhiệt trong LITT đã được phát triển. Sự tính toán ảnh hưởng làm mát theo hướng của các mạch máu trong gan lần đầu tiên có thể thực hiện được. Phân tích hình thái học cho thấy sự tương đồng tốt trong điều kiện lâm sàng. Việc tính toán trước liệu trình về vùng phá hủy có thể là một công cụ quý giá cho việc lập kế hoạch quy trình.

Từ khóa

#điều trị khối u gan #liệu pháp nhiệt trị hoá cảm ứng bằng laser #hệ thống lập kế hoạch 3D #phá hủy tại chỗ #mô hình hóa tổn thương

Tài liệu tham khảo

Ritz JP, Isbert C, Roggan A, Buhr HJ, Germer CT (2004) Laser-induced thermotherapy of liver metastases. Front Radiat Ther Oncol 38:106–121 Isbert C, Buhr HJ, Ritz JP, Hohenberger W, Germer CT (2007) Curative in situ ablation of colorectal liver metastases-experimental and clinical implementation. Int J Colorectal Dis 22:705–715 Frericks BB, Ritz JP, Albrecht T, Valdeig S, Schenk A, Wolf KJ, Lehmann K (2008) Influence of intrahepatic vessels on volume and shape of percutaneous thermal ablation zones: in vivo evaluation in a porcine model. Invest Radiol 43:211–218 Ritz JP, Lehmann KS, Zurbuchen U, Wacker F, Brehm F, Isbert C, Germer CT, Buhr HJ, Holmer C (2007) Improving laser-induced thermotherapy of liver metastases—effects of arterial microembolization and complete blood flow occlusion. Eur J Surg Oncol 33:608–615 Goldberg SN, Hahn PF, Tanabe KK, Mueller PR, Schima W, Athanasoulis CA, Compton CC, Solbiati L, Gazelle GS (1998) Percutaneous radiofrequency tissue ablation: does perfusion-mediated tissue cooling limit coagulation necrosis? J Vasc Interv Radiol 9:101–111 Lehmann KS, Ritz JP, Valdeig S, Knappe V, Schenk A, Weihusen A, Rieder C, Holmer C, Zurbuchen U, Hoffmann P, Peitgen HO, Buhr HJ, Frericks BB (2009) Ex situ quantification of the cooling effect of liver vessels on radiofrequency ablation. Langenbecks Arch Surg 394:475–481 Patterson EJ, Scudamore CH, Owen DA, Nagy AG, Buczkowski AK (1998) Radiofrequency ablation of porcine liver in vivo: effects of blood flow and treatment time on lesion size. Ann Surg 227:559–565 Mulier S, Ni Y, Jamart J, Ruers T, Marchal G, Michel L (2005) Local recurrence after hepatic radiofrequency coagulation: multivariate meta-analysis and review of contributing factors. Ann Surg 242:158–171 Mulier S, Ni Y, Jamart J, Michel L, Marchal G, Ruers T (2008) Radiofrequency ablation versus resection for resectable colorectal liver metastases: time for a randomized trial? Ann Surg Oncol 15:144–157 Roggan A, Knappe V, Ritz J, Germer C, Isbert C, Wacker F, Mueller G (2000) 3D radiation planning for laser-induced thermotherapy (LITT). Z Med Phys 10:157–167 Ritz JP, Isbert C, Roggan A, Germer CT, Albrecht D, Buhr HJ (1998) [Thermal laser dosimetry in treatment of liver tumors–correlation of optical tissue parameters with in vivo temperature distribution in VX-2 tumors and healthy liver tissue]. Langenbecks Arch Surg 115:1445–1447 Frericks BB, Kirchhoff TD, Shin HO, Stamm G, Merkesdal S, Abe T, Schenk A, Peitgen HO, Klempnauer J, Galanski M, Nashan B (2006) Preoperative volume calculation of the hepatic venous draining areas with multi-detector row CT in adult living donor liver transplantation: Impact on surgical procedure. Eur Radiol 16:2803–2810 Radtke A, Sotiropoulos GC, Molmenti EP, Schroeder T, Peitgen HO, Frilling A, Broering DC, Broelsch CE, Malago M (2010) Computer-assisted surgery planning for complex liver resections: when is it helpful? A single-center experience over an 8-year period. Ann Surg 252:876–883 Tanaka K, Matsumoto C, Takakura H, Matsuo K, Nagano Y, Endo I, Togo S, Shimada H, Bourquain H, Peitgen HO (2010) Technique of right hemihepatectomy preserving ventral right anterior section guided by area of hepatic venous drainage. Surgery 147:450–458 Endo I, Shimada H, Sugita M, Fujii Y, Morioka D, Takeda K, Sugae S, Tanaka K, Togo S, Bourquain H, Peitgen HO (2007) Role of three-dimensional imaging in operative planning for hilar cholangiocarcinoma. Surgery 142:666–675 Radtke A, Nadalin S, Sotiropoulos GC, Molmenti EP, Schroeder T, Valentin-Gamazo C, Lang H, Bockhorn M, Peitgen HO, Broelsch CE, Malagó M (2007) Computer-assisted operative planning in adult living donor liver transplantation: a new way to resolve the dilemma of the middle hepatic vein. World J Surg 31:175–185 Lang H, Radtke A, Hindennach M, Schroeder T, Frühauf NR, Malagó M, Bourquain H, Peitgen H-O, Oldhafer KJ, Broelsch CE (2005) Impact of virtual tumor resection and computer-assisted risk analysis on operation planning and intraoperative strategy in major hepatic resection. Arch Surg 140:629–638 Lehmann KS, Ritz J-P, Valdeig S, Schenk A, Holmer C, Peitgen H-O, Buhr H-J, Frericks BB (2008) Portal vein segmentation of a 3D-planning system for liver surgery—in vivo evaluation in a porcine model. Ann Surg Oncol 15:1899–1907 Wald C, Bourquain H (2006) Role of new three-dimensional image analysis techniques in planning of live donor liver transplantation, liver resection, and intervention. J Gastrointest Surg 10:161–165 Peitgen HO, Bourquain H, Broelsch CE, Klaus KJ, Pomfret EA, Tanaka K (2004) New methods for computer aided preoperative determination of donor risks in living donor liver transplantation. Liver Transplant 10:C22 Roggan A, Mesecke-von Rheinbaben I, Knappe V, Vogl T, Mack MG, Germer C, Albrecht D, Müller G (1997) [Applicator development and irradiation planning in laser-induced thermotherapy (LITT)]. Biomed Tech (Berl) 42 Suppl:332–333 Ritz J-P (1999) Correlation of intrahepatic light and temperature distribution in laser-induced thermotherapy of liver tumors and liver tissue. In: Proceedings of SPIE, Stockholm, Sweden, 1999, pp 18–23 Wilson BC, Adam G (1983) A Monte Carlo model for the absorption and flux distributions of light in tissue. Med Phys 10:824–830 Holmer C, Lehmann KS, Risk J, Roggan A, Germer C-T, Reissfelder C, Isbert C, Buhr HJ, Ritz J-P (2006) Colorectal tumors and hepatic metastases differ in their optical properties-relevance for dosimetry in laser-induced interstitial thermotherapy. Lasers Surg Med 38:296–304 Ritz JP, Roggan A, Germer CT, Isbert C, Muller G, Buhr HJ (2001) Continuous changes in the optical properties of liver tissue during laser-induced interstitial thermotherapy. Lasers Surg Med 28:307–312 Ritz JP, Roggan A, Isbert C, Muller G, Buhr HJ, Germer CT (2001) Optical properties of native and coagulated porcine liver tissue between 400 and 2400 nm. Lasers Surg Med 29:205–212 Pennes HH (1998) Analysis of tissue and arterial blood temperatures in the resting human forearm. J Appl Physiol 85:5–34 Welch A (1984) The thermal response of laser irradiated tissue. IEEE J Quantum Electron 20:1471–1481 Ng KK, Lam CM, Poon RT, Shek TW, Yu WC, To JY, Wo YH, Lau CP, Tang TC, Ho DW, Fan ST (2005) Porcine liver: morphologic characteristics and cell viability at experimental radiofrequency ablation with internally cooled electrodes. Radiology 235:478–486 Pereira PL, Trübenbach J, Schenk M, Subke J, Kroeber S, Schaefer I, Remy CT, Schmidt D, Brieger J, Claussen CD (2004) Radiofrequency ablation: in vivo comparison of four commercially available devices in pig livers. Radiology 232:482–490 Isbert C, Roggan A, Ritz JP, Muller G, Buhr HJ, Lehmann KS, Germer CT (2001) Laser-induced thermotherapy: intra- and extralesionary recurrence after incomplete destruction of experimental liver metastasis. Surg Endosc 15:1320–1326 Clasen S, Pereira PL (2008) Magnetic resonance guidance for radiofrequency ablation of liver tumors. J Magn Reson Imaging 27:421–433 Bitsch RG, Dux M, Helmberger T, Lubienski A (2006) Effects of vascular perfusion on coagulation size in radiofrequency ablation of ex vivo perfused bovine livers. Invest Radiol 41:422–427 Lu DS, Raman SS, Limanond P, Aziz D, Economou J, Busuttil R, Sayre J (2003) Influence of large peritumoral vessels on outcome of radiofrequency ablation of liver tumors. J Vasc Interv Radiol 14:1267–1274 Welp C, Siebers S, Ermert H, Werner J (2006) Investigation of the influence of blood flow rate on large vessel cooling in hepatic radiofrequency ablation. Biomed Tech 51:337–346 Mohammed Y, Verhey JF (2005) A finite element method model to simulate laser interstitial thermo therapy in anatomical inhomogeneous regions. Biomed Eng Online 4:2 Verhey JF, Mohammed Y, Ludwig A, Giese K (2003) Implementation of a practical model for light and heat distribution using laser-induced thermotherapy near to a large vessel. Phys Med Biol 48:3595–3610 Puccini S, Bär N-K, Bublat M, Kahn T, Busse H (2003) Simulations of thermal tissue coagulation and their value for the planning and monitoring of laser-induced interstitial thermotherapy (LITT). Magn Reson Med 49:351–362