131Strahlenther Onkol 2000;176:131–4 (Nr. 3)

Originalarbeit

Konventionelle und virtuelle Simulation bei der RetrobulbärbestrahlungStephan Gripp, Rolf Doeker, Michael Glag, Petra Vogelsang, Hildegard Pape1

Hintergrund: Zur Therapie der endokrinen Orbitopathie wird die Bestrahlung der Retrobulbärräume eingesetzt. DasZielvolumen umschließt die Orbita und die äußeren Augenmuskeln. Mit der CT-Simulation läßt sich das Ergebnis derkonventionellen Simulation überprüfen.Patienten und Methodik: 25 Planungs-CT mit endokriner Orbitopathie wurden untersucht. Die konventionelle Simula-tion mit lateralen 4 ´ 4 cm2 großen, ventral am Lidwinkel ausgerichteten Feldern wurde im „Observer’s Eye View“(OEV) und mit digital rekonstruierten Radiographien (DRR) durchgeführt. Die Zielvolumenerfassung und Schonungder Augenlinsen wurden in axialen Schichten und multiplanaren Rekonstruktionen (MPR) überprüft. Der Abstand derOrbitaspitze zu Kornea, Lidwinkel und Kanthus sowie der Kornea zur Linsenrückfläche wurde gemessen.Ergebnisse: In allen 25 Fällen wurden Hypophyse und Linse geschont. In 24 Fällen (96%) wurde die Orbita in kranio-kaudaler bzw. sagittaler Richtung vollständig erfaßt. Die äußeren Augenmuskeln wurden in sieben Fällen (28%) imventralen Anteil nicht vollständig erfaßt. Der Abstand der Orbitaspitze zur Kornea betrug 54,6 mm (53,3 bis 55,8 mm,95%-Konfidenzintervall), zum Lidwinkel 40,3 mm (39,4 bis 41,2 mm), zum lateralen Kanthus 31,4 mm (30,2 bis 32,5mm), der Abstand zwischen Kornea und Linsenrückfläche 8,3 mm (7,9 bis 8,7 mm). Der Vergleich mit Normalwertenergab eine deutliche Abweichung des Abstands Kornea – Kanthus, während der Abstand Kornea – Linsenrückflächemit den Normalwerten übereinstimmte.Schlußfolgerung: Die konventionelle Simulation der Retrobulbärbestrahlung mit seitlichen, am Lidwinkel ausgerichte-ten Feldern gewährleistet eine sichere Schonung der Augenlinsen und Hypophyse. Die bulbusnahen Anteile der äuße-ren Augenmuskeln werden dagegen in einigen Fällen nicht vollständig erfaßt. Der Lidwinkel oder die Kornea sind alsOrientierungspunkte für die ventrale Feldgrenze besser geeignet als der laterale Kanthus.

Schlüsselwörter: CT-Simulation · Virtuelle Simulation · Endokrine Orbitopathie · Morbus Basedow · Retrobulbär-bestrahlung

Conventional and CT Simulation of Radiotherapy in Grave’s Ophthalmopathy

Background: Radiotherapy is commonly used in Grave’s ophthalmopathy. The target volume encompasses the ocularmuscles and the orbital tissue. The result of conventional simulation can be examined by means of CT simulation.Patients and Methods: Twenty-five planning CTs with Grave’s ophthalmopathy were studied. The conventional simu-lation of 4 ´ 4 cm2 lateral portals confined anteriorly by the fleshy canthus was performed on a CT-simulator using theobserver’s eye view (OEV) and digitally reconstructed radiographs (DRR). The coverage of the target volume and spar-ing of the eye lenses were studied on axial CT slices and multiplanar reconstructions (MPR). The distances between theapex of the orbita and cornea, fleshy canthus, and bony canthus were measured as well as the distance between corneaand posterior face of the lens.Results: The pituitary gland and the ocular lenses were spared in each case (25/25). The orbita was entirely covered in24 cases (96%). However, anterior parts of the external eye muscles were not completely encompassed in 7 cases (28%).The distance from the apex of the orbita to the cornea was 54.6 mm (53.3 to 55.8 mm, 95% confidence interval), to thefleshy canthus 40.3 mm (39.4 to 41.2 mm), and to the bony canthus 31.4 mm (30.2 to 32.5 mm). The distance betweencornea and posterior face of the lens was 8.3 mm (7.9 to 8.7 mm). The distance between cornea and canthus differed sig-nificantly from normal eyes while the distance between cornea and posterior face of the lens was very similar to normaleyes.Conclusions: Conventional simulation of orbital irradiation with lateral fields confined anteriorly by the fleshy canthusensures protection of the ocular lenses and the pituitary gland. However, anterior parts of the eye muscles may occasio-nally not completely be covered. The fleshy canthus and the cornea are more reliable landmarks as compared to thebony canthus.

Key Words: CT simulation · Virtual simulation · Grave’s ophthalmopathy · Grave’s disease · Retrobulbar irradiation

Strahlentherapieund Onkologie © Urban & Vogel 2000

1Klinik für Strahlentherapie und Radiologische Onkologie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf.

Eingang des Manuskripts: 9. 8. 1999.Annahme des Manuskripts 10. 11. 1999.

D ie endokrine Orbitopathie ist eine Autoimmunerkran-kung, die in etwa 90% mit einer hyperthyreoten Stru-

ma diffusa oder seltener mit einem prätibialen Myxödem as-soziiert ist. Umgekehrt entwickelt sich in 40% aus einerhyperthyreoten Struma eine endokrine Orbitopathie. In derRegel sind beide Augen betroffen. Die genaue Pathogeneseist unbekannt, jedoch deuten zahlreiche Untersuchungendarauf hin, daß stimulierte retrobulbäre T-Lymphozytendurch Sekretion verschiedener Zytokine parakrin orbitaleFibroblasten aktivieren, die Glykosaminoglykane syntheti-sieren [3]. Durch Wassereinlagerung führen diese hydrophi-len Makromoleküle zu einer Volumenzunahme des retro-bulbären Binde- und Fettgewebes sowie zu Verdickungender extraokulären Augenmuskeln. Eine kausale Therapieist ebensowenig bekannt wie präventive Maßnahmen.Strahlentherapie und antiinflammatorische Corticoidgabengelten bei schweren Verläufen als Therapiestandard [19].Bei therapieresistentem Exophthalmus oder Visusverlustwird die Orbita operativ dekomprimiert [1]. Während Sym-ptome der Weichteilschwellung am besten auf eine Strah-lentherapie ansprechen, verbessern sich Protrusio und Au-genmuskelstörungen nur in 50 bis 60% nach Radiotherapie[17]. Eine kurze Anamnese von weniger als sechs Monatenist dabei prognostisch günstig [20, 22]. Klinisch [18] sowiekernspintomographisch [14] sind 20 Gy effektiver als 10 Gy,andererseits verbessert eine Dosiserhöhung auf 30 Gy dieErgebnisse nicht [17]. Daher ist eine fraktionierte Bestrah-lung von 20 Gy in Einzeldosen von 2 Gy vor allem im anglo-amerikanischen Sprachraum üblich geworden, währendauch niedrigere Dosen erfolgreich angewendet wurden [2,10, 22, 24].

Das Zielvolumen wird von den charakteristischen morpho-logischen Veränderungen der orbitalen Gewebe bestimmt.Insbesondere Verdickungen der Augenmuskeln, die sich inCT, MRT und Ultraschall mit großer Regelmäßigkeit nach-weisen lassen, stellen einen typischen Befund dar und kön-nen in bis zu 40% auch ohne klinischen Befund nachgewie-sen werden [7]. Die Augenmuskeln sollten deswegen injedem Fall vollständig in das Zielvolumen einschlossen wer-den. Die Hypophyse, aufgrund irriger pathogenetischer Vor-stellungen früher in das Zielvolumen eingeschlossen, wirdgeschont.

Die Bestrahlung der Retrobulbärräume erfolgt über seitli-che Gegenfelder, deren ventrale Feldgrenzen am Therapiesi-mulator anhand des knöchernen Augenwinkels (Processusfrontalis ossis zygomatici) [6] oder mit Bleikugelmarkierun-gen [8] festgelegt werden. Im Unterschied zur konventionel-len Simulation ermöglicht die CT-gestützte Simulation [23]durch den hohen Weichteilkontrast und die dreidimensiona-le Auflösung eine exakte Definition des Zielvolumens ohneRückgriff auf knöcherne Leitstrukturen. An unserer Institu-tion erfolgte die Planung der Retrobulbärbestrahlung beiMorbus Basedow bis 1997 mit einem konventionellen Thera-piesimulator nach einer einheitlichen Technik: Die Lidwin-kel wurden mit Bleikugeln markiert und laterale 4 ´ 4 cm2

große Gegenfelder mit einem Divergenzausgleich von 2°dorsal an die Lidwinkelmarken angesetzt. Nach Einführungeines CT-Simulators (Voxel Q, Picker International Inc., St.Davids, PA) wurden Retrobulbärbestrahlungen CT-gestützt(„virtuell“) geplant. In der vorliegenden Untersuchung wer-den die Eignung verschiedener Orientierungspunkte für diekonventionelle Simulation und die Erfassung des Zielvolu-mens mit Methoden der CT-Simulation überprüft.

Patienten und Methoden

Von 44 Patienten, die im Zeitraum Januar 1997 bis April1999 wegen einer endokrinen Orbitopathie ein Planungs-CT erhielten, wurden 25 Patienten (sieben Männer, 18Frauen) als zufällige Stichprobe für die Studie ausgewählt.Die Spiral-CT wurden nach Maskenfixation in Bestrah-lungsposition mit einer Schichtdicke und einem Schicht-abstand von 3 mm (in einem Fall 1,5 mm) angefertigt. Dreiradioopake Marker auf der Maske dienten als Referenz-marken für die virtuelle Simulation und erste Feldeinstel-lung. Bei den ersten fünf Patienten waren die Lidwinkel mitBleikugeln markiert. Diese von der konventionellen Simu-lation her übernommene Markierung entfiel bei den fol-genden Planungen.

Der konventionelle Planungsprozeß wurde in dieser Studieam CT-Simulator durchgeführt. Die Position der Lidwinkelwurde im „Observer’s Eye View“ (OEV), einer Ober-flächenrekonstruktion, die durch unterschiedliche Schattie-rung einen räumlichen Eindruck vermittelt, definiert (Abbil-dung 1). Dorsal wurden 4 ́ 4 cm2 große laterale Felder an dieLidwinkel angeschlossen. Als Ersatz für das konventionelleSimulatorbild dienten digital rekonstruierte Radiographien(DRR) des CT-Simulators (Abbildung 2). DreidimensionaleCT-Informationen (Schnittbilder) standen für diese Planungnicht zur Verfügung.

Anschließend wurden in den axialen CT-Schichten sowie an-hand multiplanarer Rekonstruktionen (MPR) die vollständi-ge Erfassung der Orbita und der Augenmuskeln sowie dieSchonung der Augenlinsen und der Hypophyse kontrolliert.In den entsprechenden axialen Schichten wurden die Ab-stände zwischen Orbitaspitze und Kornea, Lidwinkel und la-teralem Kanthus sowie der Abstand zwischen dem Muskel-ansatz der extraokulären Augenmuskeln zur Korneabestimmt (Abbildung 3). Die 95%-Konfidenzintervalle wur-den aus der Probenstandardabweichung mit Hilfe der t-Ver-teilung berechnet [5].

Ergebnisse

In allen Fällen (25/25) befanden sich beide Augenlinsen unddie Hypophyse außerhalb des Zielvolumens. In 24/25 Fällen(96%) waren die Orbitae in kraniokaudaler Ausdehnung,

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Gripp S, et al. Virtuelle Simulation bei Retrobulbärbestrahlung

Abbildung 1. Virtuelle Simulation eines 4 ´ 4 cm2 großen Feldes mitLidwinkelmarkierung im Observer’s Eye View (OEV). Die Gitter-struktur stammt von der Maske.

Figure 1. Virtual simulation of a 4 ´ 4 cm2 lateral portal (Observer’sEye View) with markers of the fleshy canthus. The grid structure isderived from the face mask.

Gripp S, et al. Virtuelle Simulation bei Retrobulbärbestrahlung

ebenfalls in 96% in sagittaler Ausdehnung vollständig erfaßt.Die Augenmuskeln wurden bei Verwendung der Lidwinkelals ventrale Feldgrenze in 28% (7/25) nicht vollständig ein-geschlossen. In diesen Fällen waren ventrale Muskelanteilenahe der Insertion am Bulbus oculi nicht erfaßt (Abbildung4). Dagegen wurden bei Orientierung der ventralen Feld-grenze am lateralen knöchernen Kanthus die Augenmuskelnin keinem Fall vollständig erfaßt. Der Abstand von der Or-bitaspitze zum Korneascheitel betrug im Mittel 54,6 mm(53,3 bis 55,8 mm, 95%-Konfidenzintervall), zum Lidwinkel40,3 mm (39,4 bis 41,2 mm). Der Abstand zwischen Korneaund Lidwinkel ergibt sich daraus mit 14,3 mm und stimmtmit den gemessenen Abständen zwischen Kornea und An-satz der äußeren Augenmuskeln von 14,1 mm (13,6 bis 14,5mm) überein. Die Ergebnisse der topographischen Orbita-messungen (Mittelwerte, Wertebereiche und 95%-Konfi-denzintervalle) sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Diskussion

Mit zunehmender Verbreitung von CT-Simulatoren („virtu-elle Simulation“) stehen geeignete Werkzeuge zur Verfü-gung, die vollständige Erfassung des Zielvolumens durch diekonventionelle Simulation und die Schonung kritischer Or-gane detailliert zu überprüfen. Digital rekonstruierte Radio-graphien (DRR) und Oberflächenrekonstruktionen im „Ob-server’s Eye View“ (OEV) gestatten eine realistischeNachbildung des konventionellen Simulationsprozesses,während sich am gesamten CT-Datensatz das bestrahlte Vo-lumen in axialen CT-Schichten und multiplanaren Rekon-struktionen detailliert untersuchen läßt. Der direkte Ver-gleich von konventioneller und CT-gestützter Simulationwird allerdings durch die geringere Auflösung/Bildqualitätder digital rekonstruierten Radiographien (1,5 mm bei 3-mm/3-mm-Schichten) gegenüber Röntgenaufnahmen (0,24 mm)eingeschränkt [9].

Bei der Strahlentherapie der endokrinen Orbitopathie um-faßt das Zielvolumen den Retrobulbärraum und insbesonderedie extraokulären Augenmuskeln. Im angloamerikanischenRaum werden hierfür vornehmlich bilaterale Gegenfelder

mit einem Divergenzausgleich von 5° (SAD = 100 cm) emp-fohlen [6, 16]. Bei einem Fokus-Isozentrum-Abstand von 100cm und üblichen Feldgrößen beträgt die Strahldivergenz 1bis 2°. Die Überkompensation führt zu Dosisinhomogenitä-ten [21]. Als ventrale Feldgrenze wird von einigen Autorender laterale knöcherne Kanthus (Processus frontalis ossis zy-gomatici) [6, 16] angegeben. Bei allen von uns untersuchtenPatienten führte allerdings diese Wahl der ventralen Feldbe-grenzung zu unvollständiger Erfassung der Augenmuskeln.Detaillierte topographische Untersuchungen an 66 compu-tertomographischen Normalbefunden ergaben einen mittle-ren Abstand von Kornea zu lateralem Kanthus von 16 mm[12]. Der hier ermittelte Wert (23,2 mm) weicht davon alsAusdruck der Protrusio bulbi im Patientenkollektiv deutlichab. Der laterale Kanthus weist somit keine feste Beziehungzur Linsenrückfläche auf und ist damit als ventrale Feldgren-ze ungeeignet. Selbst bei Normalbefunden unterliegt der

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Abbildung 2. Digital rekonstruierte Radiographie (DRR) des Fel-des. Die Lidwinkel sind durch weiße Striche markiert.

Figure 2. Digitally reconstructed radiographs (DRR) of the portal.The blank dashes indicate the fleshy canthus.

Abbildung 3. Definitionen für die Bulbus- und Orbitamessungen.Der Lidwinkel ist in diesem Fall zusätzlich durch eine Bleikugelmarkiert.

Figure 3. Definitions for measurements of ocular globe and orbitaltopography. The lead ball indicates the fleshy canthus.

Abbildung 4. Unvollständige Erfassung des verdickten Musculusrectus medialis am Bulbus oculi (Kreis).

Figure 4. Incomplete coverage of the thickened musculus rectus me-dialis near the bulbus oculi (circle).

Abstand Kornea – Kanthus wesentlich stärkeren Schwan-kungen als der Abstand zwischen Augenlid und Linsenrück-fläche [12].

Von einigen Autoren wurde die Kornea bzw. das Augenlidals Orientierungspunkt für die ventrale Feldgrenze bei derRetrobulbärbestrahlung vorgezogen [4, 11–13, 15, 21]. Dieempfohlenen Abstände zwischen Korneascheitel und ven-traler Feldgrenze schwanken zwischen 12 und 20 mm. DerAbstand zwischen Kornea und Linsenrückfläche von 7,5 mmbei einem Normalkollektiv [12] stimmt im Rahmen der Bild-auflösung von ca. 1,5 mm [9] gut mit unseren Messungen amPatientenkollektiv überein (8,3 ± 0,4 mm). Diese Werte kön-nen daher als unabhängig von der Ausprägung der endokri-nen Orbitopathie angesehen werden. Ein Abstand zwischenventraler Feldgrenze und Augenlid von 12 bis 15 mm [4, 21]trägt dem Halbschatten an Linearbeschleunigern Rechnung.Dieser Wert entspricht gerade dem hier ermittelten Abstandder Kornea zum Lidwinkel (14,3 mm) und zu der Insertions-stelle der Augenmuskeln am Bulbus (14,1 mm). Trotz desknappen Abstands ist bei Anwendung von Halbfeldtechni-ken oder asymmetrischen Blenden eine sichere Schonung

der Augenlinsen gewährleistet. Die Lidwinkel als ventraleFeldgrenze gewährleisten demnach eine bessere Erfassungdes Retrobulbärraums bei zuverlässigerer Linsenschonungals der laterale knöcherne Kanthus. Die neuesten Empfeh-lungen der Stanford-Gruppe [24] favorisieren ebenfalls Lidwinkelmarken zur ventralen Feldbegrenzung und ent-sprechen damit weitgehend unserer konventionellen Simula-tionspraxis.

Schlußfolgerung

Mit der CT-Simulation ist eine quantitative Bewertung kon-ventioneller Simulationstechniken möglich. Die konventio-nelle Simulation der Retrobulbärbestrahlung mit lateralenFeldern, die ventral durch die Lidwinkel begrenzt sind, führtzu einer sicheren Schonung von Augenlinsen und Hypophy-se bei zuverlässiger Erfassung der Retrobulbärräume. Aller-dings werden die bulbusnahen Anteile der medialen geradenAugenmuskeln in einigen Fällen nicht erfaßt. Eine äquiva-lente Methode besteht in einem fixen Abstand von 12 bis 15mm zum Augenlid. Der laterale knöcherne Kanthus ist alsOrientierung für die ventrale Feldgrenze ungeeignet.

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Gripp S, et al. Virtuelle Simulation bei Retrobulbärbestrahlung

n Mittelwert Wertebereich 95%-Konfidenzintervall(mm) (mm) (mm)

Orbitaspitze – Kornea 50 54,6 44,3 – 67,1 53,3 – 55,8Orbitaspitze – Lidwinkel 50 40,3 31,0 – 47,6 39,4 – 41,2Orbitaspitze – lateraler Kanthus 50 31,4 15,4 – 39,7 30,2 – 32,5Kornea – Muskelansatz 42 14,1 10,4 – 17,1 13,6 – 14,5Kornea – Linsenrückfläche 42 8,3 6,3 – 10,7 7,9 – 8,7

Tabelle 1. Messungen an Orbita-CTbei endokriner Orbitopathie (Meßer-gebnisse und 95%-Konfidenzinter-vall).

Table 1. Results of measurements onorbital CTs and 95% confidence inter-vals.

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Korrespondenzanschrift: Dr. Stephan Gripp, Klinik für Strahlentherapie und Radiologische Onkologie der Universität, Moorenstraße 5, D-40225 Düsseldorf,Telefon (+49/211) 811-7990, Fax -8051,E-Mail: stephan.gripp@uni-duesseldorf.de