Dreidimensionale Quantifizierung des Gefäßkühleffektes von Lebergefäßen bei der Hochenergiemikrowellenablation ex vivo

Abstract

EINLEITUNG: Die Mikrowellenablation (MWA) ist ein thermoablatives Verfahren, das in der Behandlung von Lebertumoren zunehmend an Bedeutung gewinnt. Kühleffekte durch lebereigene Gefäße beeinflussen den Ablationserfolg jedoch maßgeblich. Problematisch dabei ist, dass der Kühleffekt zu einer unvollständigen Tumordestruktion und folglich zu Tumorrezidiven führen kann. Ziel dieser Arbeit war es, den vaskulären Kühleffekt bei der MWA anhand eines dreidimensionalen Ex-vivo-Modells zu evaluieren. MATERIAL UND METHODEN: Es wurden MWA an Ex-vivo-Schweinelebern durchgeführt. Zur Simulation eines Gefäßflusses wurde eine mit Wasser perfundierte Glasröhre in die Leber eingeführt. Anschließend erfolgten die Ablationen bei verschiedenen Antennen-Gefäß-Abständen (2,5; 5; 10 mm) und Flussraten (0, 1, 2, 5, 10, 100, 500 ml/min) für jeweils fünf Minuten mit einer zugeführten Gesamtenergie von 100 W. Die Ablationen wurden im Anschluss bei –80 °C eingefroren, am Kryostat geschnitten und alle 2 mm fotografiert. Anhand dieser makroskopischen Bildreihen erfolgte eine dreidimensionale, qualitative und quantitative Analyse der Ablationen unter Berücksichtigung der Kühleffekte. ERGEBNISSE: Insgesamt wurden 132 MWA in 22 Versuchsreihen durchgeführt. Bei allen Versuchsreihen mit einer Gefäßflussrate ≥ 2 ml/min traten Kühleffekte auf und es wurde eine geringe, bis stark ausgeprägte Veränderung der Ablationsform beobachtet. Bei einem Antennen-Gefäß-Abstand von 2,5 mm zeigten sich bei Ablationen mit Flussraten bis zu 10 ml/min keine Kühleffekte im Ablationszentrum, allerdings traten diese in der Ablationsperipherie auf. Betrug der Antennen-Gefäß-Abstand 5 und 10 mm, so waren Kühleffekte in der gesamten Ablation, insbesondere in den zentralen Bereichen, zu beobachten. Ohne einen Kühlfluss konnten mit der MWA bei 100 W und fünf Minuten Ablationsgrößen bis zu 16 mm zuverlässig erreicht werden. Bei Vorhandensein eines Kühlflusses führten vaskuläre Kühleffekte allerdings zu einer Verringerung der Ablationsgröße um bis zu 56 %. SCHLUSSFOLGERUNG: Bei der MWA von Lebergewebe können bei Vorhandensein größerer Blutgefäße relevante Kühleffekte entstehen. Diese sind in Abhängigkeit von der Flussrate und dem Antennen-Gefäß-Abstand in verschiedenen Ablationsbereichen unterschiedlich stark ausgeprägt. In der Klinik sollten im Rahmen der Ablationsplanung Kühleffekte beachtet werden, da diese bereits bei geringen Flussraten zu relevanten Änderungen der Ablationsform führen können.

INTRODUCTION: Microwave ablation (MWA) is a thermoablative procedure that is becoming increasingly important in the treatment of liver tumors. However, vascular cooling effects induced by hepatic vessels significantly influence the ablation success. Especially problematic is, that the cooling effect may lead to incomplete tumor destruction and consequently to tumor recurrence. The aim of this work was to evaluate the vascular cooling effect in MWA using a three-dimensional ex vivo model. MATERIAL AND METHODS: MWA was performed in ex vivo porcine livers. A glass tube perfused with water was inserted into the liver to simulate a vascular flow. Ablations were performed at various antenna-vessel-distances (2.5, 5, 10 mm) and flow rates (0, 1, 2, 5, 10, 100, 500 ml/min) for five minutes each with a total applied energy of 100 W. Afterwards the ablations were frozen at –80 °C, sectioned at the cryostat and photographed every 2 mm. Using these macroscopic image series, a three-dimensional, a qualitative and a quantitative analysis of the ablations were performed, taking into account the cooling effects. RESULTS: A total of 132 MWAs in 22 test series were performed. Cooling effects occurred in all test series with a vessel flow rate ≥ 2 ml/min and a mild to severe change in ablation shape was observed. At an antenna-vessel-distance of 2.5 mm, no cooling effects occurred in the ablation center for ablations with flow rates up to 10 ml/min, however some occurred in the ablation periphery. If the antenna-vessel-distance was 5 mm and 10 mm, cooling effects were observed throughout the ablation, especially in the central ablation areas. Without a vascular flow, ablations up to 16 mm could be reliably achieved with the MWA at 100 W and five minutes. However, in the presence of a vascular flow, vascular cooling effects resulted in a reduction in ablation size of up to 56%. CONCLUSION: Relevant cooling effects can occur during MWA of liver tissue in the pres- ence of larger blood vessels. Cooling effects vary in severity in different ablation areas depending on the flow rate and the antenna-vessel-distance. In the clinical setting, cooling effects should be considered as part of ablation planning, as these can lead to relevant changes in ablations shape even at low flow rates.