Bipolarer hochfrequenter Wechselstrom in der interstitiellen Thermotherapie (HFITT)

Abstract

Die interstitielle Thermotherapie hat sich als minimal invasives Verfahren zur Zerstörung und Volumenreduzierung von Gewebe etablieren können, wobei überwiegend Laserlicht oder monopolarer Hochfrequenzstrom eingesetzt wird. Da für die bipolare Anwendung von HF, die prinzipiell eine hohe Sicherheit bei einfacher Handhabung bietet, noch kaum geeignete Applikationssysteme erhältlich sind, wurden Untersuchungen zur Gestaltung und Wirkung solcher Systeme durchgeführt und Funktionsmuster entwickelt und getestet. Zunächst wurden für einen Applikator mit der Standardkonfiguration zweier hintereinander angeordneter, zylinderförmiger Elektroden der Einfluss von Durchmesser, Länge, und Abstand der Elektroden, sowie der applizierten Leistung auf Form und Größe der erzeugbaren Läsionen untersucht. Durch die Variation dieser Parameter lassen sich ellipsoide Koagulationen von Kugelform bis zu einem Längen/Durchmesserverhältnis von 2,6 erzielen. Mit einem 3-mm- Applikator mit einer aktiven Länge von 45 mm wurde ein Volumen von 14,8 cm3, mit gekühltem Applikator von 26,7 cm3 erreicht (Leber, in vitro, unperfundiert, 10 min Applikationszeit). Zur Erzeugung zylinderförmiger Läsionen großer Länge wurde sowohl eine helixförmige Anordnung der beiden Elektroden als auch gerade Streifen untersucht. Mit beiden ließen sich gleichmäßig zylindrische Koagulationen erzeugen, deren Länge der des Applikators entsprach. Im Hinblick auf die Erzeugung großer Läsionvolumen wurde eine Spülung der Applikatorspitze, eine internen Kühlung der Elektroden, eine Taktung der Energiezuführung sowie eine Regelung anhand der Temperatur und der Impedanz verglichen. Im Gegensatz zur Kühlung erzeugt die Spülung undefinierte Läsionsformen und eignet sich kaum für die Thermotherapie, während erstere eine Volumenvergrößerung um 80 % erlaubt. Auch die übrigen drei Maßnahmen ermöglichen keine wesentliche Läsionsvergrößerung. Hinsichtlich konstruktiver Lösungen wurde eine elektrolytisch erzeugte Schicht aus Titanoxid für die Realisierung dünner Isolationen eruiert. Weiterhin wurden erfolgreich geeignete Klebstoffe für die Verbindungen der Applikatorspitze untersucht sowie ein MRT-kompatibler Applikatoraufbau entwickelt und erfolgreich getestet. Auf der Basis der Erkenntnisse wurden abschließend für die drei exemplarischen Anwendungen der Behandlung der Nasenmuschelhyperplasie, der benignen Prostatahyperplasie und von Lebermetastasen Applikatoren aufgebaut und in anwendungsrelevanten Versuchen bewertet. Das Funktionsmuster für die Muschelkaustik wies dabei die gleiche Wirksamkeit wie monopolare HF- oder wie Laserapplikatoren auf und zeichnete sich darüber hinaus durch eine kontrollierbarere Tiefenwirkung und fehlende Gewebekarbonisation aus. Der Applikator für die benignen Prostatahyperplasie zeigte im Ex-vivo-Versuch eine den etablierten Lasersystemen ebenbürtige Effizienz und Handhabung. Untersuchungen des dritten Funktionsmusters in unterschiedlich perfundierter Schweineleber belegten auch hier den praktikablen Einsatz, wobei sich das erreichbare Koagulationsvolumen durch eine vorübergehende Mikroembolisation oder durch ein Pringlemanöver auf das 4,3- beziehungsweise 5,8-fache vergrößern ließ. Zusammenfassend konnte also die prinzipielle Eignung des bipolaren hochfrequenten Wechselstroms für die interstitielle Thermotherapie gezeigt werden.

The interstitial thermotherapy succeeded in getting established as a minimally invasive method for the destruction and volume reduction of tissue, with laser light or monopolar radiofrequency current being predominantly applied. Since there are scarcely suitable applicator systems available for bipolar HF application, which is generally extremely safe and, at the same time, easy to handle, the design and effect of such systems was investigated and prototypes developed and tested. First investigations were carried out for a standard- configuration applicator with two successively arranged cylindrically shaped electrodes regarding the influence of diameter, length and distance between the electrodes as well as the applied power on the shape and size of the lesions to be generated. Varying these parameters, ellipsoid coagulations can be generated extending from spherical ones to such of a length-to-diameter ratio of 2.6. With a 3 mm applicator, which has an active length of 45 mm, a volume of 14.8 cm3 was achieved, while the volume achieved with a cooled applicator was 26.7 cm3 (liver, in vitro, not perfused, exposure time 10 min). To generate cylindrically shaped lesions of extended length, both a helically shaped arrangement of the two electrodes and straight strips were investigated. Both were suitable for uniformly generating cylindrical coagulations, the length of which corresponded to that of the applicator. Referring to the generation of large lesion volumes, comparisons were made between rinsing of the applicator tip, internal cooling of the electrodes, clocking of the energy supply and a control based on temperature and impedance. Contrary to cooling, rinsing causes undefined lesion shapes and is hardly suitable for thermal therapy, while cooling permits the volumes to be enlarged by 80 %. The other three measures, too, do not permit any essential lesion enlargement. An electrolytically generated titanium oxide layer was found to be a solution to the constructional implementation of thin insulations. In addition suitable adhesives for the applicator tip joints were successfully investigated. An MRT compatible applicator set-up was developed and successfully tested. Finally, based on the experience gained, applicators were set up and evaluated for three exemplary applications, namely the treatment of turbinate hyperplasia, benign prostatic hyperplasia and liver metastases. The prototype for the conchal cautery proved to be as efficient as monopolar HF or laser applicators and was, moreover, characterised by a better controlled depth effect and a lack of tissue carbonisation. In an ex-vivo trial the applicator for the benign prostatic hyperplasia turned out to be equal to established laser systems in terms of efficiency and manoeuvrability. Investigations of the third prototype using differently perfused porcine liver proved the practicability of application, too. In this case, the coagulation volume achievable could be enlarged by 4.3 and 5.8 times, respectively by temporary microembolisation or a pringle s manoeuvre. In summary, it has been possible to demonstrate that bipolar alternating current is basically suitable for interstitial thermotherapy.