Quantifizierung des lokalen Gefäßkühleffekts bei der Mikrowellenablation von Lebertumoren ex vivo

Abstract

Lokalablative thermische Therapieverfahren wie die Mikrowellenablation stellen in der Behandlung von Lebertumoren Alternativen zur Resektion oder Lebertransplantation dar. Lebergefäße können jedoch Wärme aus der thermischen Destruktionszone der Mikrowellenablation ableiten und damit die Wirksamkeit der Ablation verringern. Vaskuläre Kühleffekte stellen somit einen wesentlichen Faktor für eine erhöhte Lokalrezidivrate bei der Ablation von Lebertumoren in der Nähe intrahepatischer Gefäße dar. Ziel dieser Arbeit war eine systematische Evaluierung des vaskulären Kühleffekts bei der Mikrowellenablation mit einem feedback-gesteuerten Generator. Material und Methoden: Mikrowellenablationen erfolgten an frischen Schweinelebern ex vivo mithilfe eines feedback-gesteuerten Mikrowellensystems und einer ungekühlten 14-G-Antenne bis zu einer eingebrachten Energie von 9,0 kJ. Lebergefäße wurden durch Glasröhren unterschiedlicher Durchmesser (3,0 mm, 5,0 mm und 8,0 mm (Außendurchmesser)) simuliert, die in verschiedenen Abständen zur Mikrowellenantenne eingebracht wurden (5, 10 und 20 mm, bezogen auf den Gefäß- und Antennenmittelpunkt). Es erfolgte eine Perfusion mit 0, 10, 100 und 500 ml H2O/min (Hauptversuche), zusätzlich wurden bei dem Gefäßdurchmesser von 5 mm Versuche mit Flussraten von 0,5 / 1,0 / 2,0 / 4,0 / 6,0 und 8,0 ml H2O/min durchgeführt (Ergänzungsversuche). Die Ablationsläsionen wurden auf Höhe des größten Querdurchschnitts geteilt und makroskopisch mit einer für die Versuche erstellten Vermessungssoftware evaluiert. Ablationen ohne Kühlgefäß dienten als Referenz. Die Versuche erfolgten im Wasserbad (isotonische Kochsalzlösung). Das Signifikanzniveau für statistische Vergleiche wurde auf-grund multipler Testungen auf p ≤ 0,01 festgelegt (zweiseitig). Ergebnisse: Insgesamt wurden 240 Ablationen durchgeführt. Bei Antennen-Gefäß-Abständen von bis zu 10 mm konnten schon bei Gefäßdurchmessern von 3 mm und ab Flussraten von 0,5 ml/min Kühleffekte festgestellt werden (p < 0,01). Eine Zunahme der Flussrate hatte keinen Einfluss auf die Ausprägung des Kühleffektes (p > 0,01). Bei Abständen von 20 mm zeigte sich in allen Versuchsreihen kein Kühleffekt (p > 0,05). Zusammenfassung: Lebergefäße in weniger als 10 mm Abstand zu einer Mikrowellen-ablation führen ab einer Flussrate von 0,5 ml/min ex vivo zu einem vaskulären Kühleffekt, wobei sich mit zunehmender Flussrate kein weiterer Anstieg der Ausprägung des Kühleffektes zeigt. Damit müssen auch bei der Mikrowellenablation Kühleffekte bereits bei sehr geringen Flussraten in der klinischen Praxis Beachtung finden.

Introduction: Local ablative therapies such as microwave ablation are alternatives to surgical resection or transplantation in the treatment of liver tumours. However, tu-mours in close vicinity of blood vessels treated with local ablation may demonstrate a high local recurrence rate due to the cooling effect of the blood circulation. This study systematically evaluates the cooling effect of the microwave liver ablation performed by a feedback-regulated microwave generator. Material and Methods: Microwave ablations were performed in ex vivo porcine livers with a feedback-regulated microwave system and an uncooled 14-G-antenna up to an energy input of 9.0 kJ. Liver vessels were simulated using glass tubes with varying diameters (3.0, 5.0 and 8.0 mm (outer diameter)) and inserted into the liver tissue at varying distances to the microwave antenna (5, 10 and 20 mm, relating to the respective centres of vessel and antenna). Vessel perfusion with 0, 10, 100 and 500 ml H2O/min was performed using a pump. In addition, flow rates of 0.5 / 1.0 / 2.0 / 4.0 / 6.0 and 8.0 ml H2O/min were used at an outer vessel diameter of 5 mm and a vessel-to-antenna-distance of 10 mm. The resulting ablation zones were divided at the largest transversal diameter and evaluated macroscopically as well as with a custom-made measuring software. Ablation zones obtained without cooling vessels were used as reference points. All experiments were conducted in a water bath with saline solution. Based on multiple tests, the level of significance for statistical comparisons was set to p ≤ 0,01 (two-sided). Results: In total, 240 ablations were performed. Cooling effects were observed in vessel diameters of 3 mm (outer diameter) and flow rates as low as 0.5 ml/min, up to an antenna-to-vessel-distance of 10 mm (p < 0.01). Increasing flow rates did not result in a linear increase of the cooling effect (p > 0.01). No significant cooling effects were ob-served at antenna-to-vessel-distances of 20 mm (p > 0.05). Conclusion: Hepatic blood vessels located ≤ 10 mm from the microwave antenna cause vascular cooling effects ex vivo, starting at a minimal flow rate of 0.5 ml/min. However, increasing flow rates do not result in a corresponding increase of the cooling effect. Thus, the cooling effect of blood vessels needs to be taken into account when performing microwave ablations.