Radiofrequenz - induzierte Thermotherapie (RFITT) maligner Lebertumoren - in vitro Evaluierung eines bipolaren/multipolaren Applikationskonzeptes

Abstract

Die chirurgische Resektion ist gegenwärtig der Goldstandard in der Behandlung von malignen Lebertumoren und bietet bei R0-Resektion eine potentielle Heilungschance. Nur 20 bis 25 Prozent aller Patienten mit Lebertumoren kommen jedoch für eine Resektion in Betracht. Gründe dafür sind etwa die Ausdehnung, die Lage oder die lokale Verteilung der Tumoren; zudem limitieren präoperative Leberinsuffizienz und schwere Begleiterkrankungen ausgedehntere operative Eingriffe. Entsprechend haben lokale Verfahren, die eine effektive Tumordestruktion ermöglichen, breites Interesse gefunden. Zahlreiche Methoden werden mittlerweile klinisch evaluiert, wobei die interstitielle Tumortherapie von primären und sekundären Tumoren der Leber ein noch junges, aber sich stets weiterentwickelndes Verfahren darstellt. Unter den thermoablativen Verfahren hat insbesondere die Radiofrequenzablation (RFA) zunehmende Aufmerksamkeit erreicht, vornehmlich aufgrund des gegenüber den anderen Hyperthermieverfahren besseren Wirkungsgrades.

Die perkutane RFA gilt als ein minimal-invasives einfaches und sichers Verfahren zur Behandlung von Lebertumoren, bei der die maximal therapierbare Größe der Raumforderung durch die Sondenkapazität und -größe limitiert ist. Zudem muss bei der effektiven Thermoablation ein Sicherheitssaum nicht tumorösen Gewebes mit abladiert werden, der - ähnlich dem chirurgischen Vorgehen - zehn Millimeter möglichst nicht unterschreiten sollte. Aufgrund der derzeit erzielbaren Nekrosevolumina sollte bei Vorliegen mehrerer Tumoren der Durchmesser der größten Raumforderung nicht über 3,5 Zentimeter liegen. Bei Einzelkoagulationen können Tumoren bis zu fünf Zentimetern durch mehrfache Sondenrepositionierung ohne erneute Leberkapselpassage effektiv behandelt werden. Zurzeit sind lediglich monopolare Systeme erhältlich, bipolare Systeme befinden sich in der Erprobung. Nachteile der monopolaren Ablation sind der schlechte Wirkungsgrad, die Notwendigkeit von vier Neutralelektroden mit der Folge möglicher Verbrennungen und Kollateralschäden, zum Beispiel verursacht durch Clips, sowie bei größeren Lebertumoren häufig zu kleine Koagulationsvolumina.

Hauptziel der vorgelegten ex vivo-Studie war die Evaluation eines neuen RF- Applikationssystems, das die Koagulation größerer Tumoren zuverlässig ermöglicht. Es wurde ein zu diesem Zweck entwickelter bipolarer/multipolarer Hochfrequenz-stromapplikator (Leistungssteuergerät in Verbindung mit einer bipolaren intern gekühlten starren Hochfrequenzstromeleektrode) in bipolarer sowie multipolarer Anwendung in den Leistungsstufen 10 bis 50 Watt (bipolar) sowie 75 bis 150 Watt (multipolar) erprobt. Der Einsatz erfolgte in zirka 500 Einzelversuchen an gesundem Rinder- und Kalbslebergewebe ex vivo. Getestet wurden bipolare HF-Applikatoren mit 1,8 Millimeter Durchmesser sowie aktiven Längen von 20, 30 bzw. 40 Millimetern. Bei den multipolaren Anwendungen mehrerer bipolarer HF-Applikatoren mit einer aktiven Länge von 40 Millimetern variierte der Abstand der Applikatoren zwischen jeweils zwei, drei, vier bzw. fünf Zentimetern. Die Wirkung der Wärmebehandlung zeigte sich in Form von Gewebenekrosen, deren Volumina bestimmt wurden.

In allen bipolaren Versuchsserien (Leistungsstufen von 10 bis 50 Watt) fanden wir eine lineare Abhängigkeit (Regressionskoeffizient>0,8; p<0,001) der erzeugten Koagulationsvolumina von der Höhe der applizierten Energie sowie der aktiven Längen der Elektroden (Maxima bei 40 Millimetern).

Die Hauptfrage der Studie, ob und ggf. wie mit dem multipolaren Applikationssystem Koagulationen von mehr als fünf Zentimetern Durchmesser erzeugt werden können, ist dahin gehend zu beantworten, dass maximale Volumina multipolar mit aktiven Elektrodenlängen von 3 x 40 Millimetern sowie Elektrodenabständen von fünf Zentimetern erzielt werden konnten. Der Koagulationseffekt stieg innerhalb der Leistungsstufen von 75 bis 150 Watt direkt proportional mit den geometrischen Abständen (cm) der Applikationselektroden und ließ sich an Hand eines so genannten Koagulationsindexes quantifizieren. Annähernd kugelige Formen wurden mit Elektrodenabständen von vier Zentimetern erreicht, so dass insgesamt die Leistungsstufe 75 Watt in Verbindung mit den drei multipolar verwendeten starren intern gekühlten bipolaren Elektroden (aktive Längen 40 Millimeter), positioniert im Abstand von 4 bis 5 Zentimetern, für das verwendete Leistungssteuerungsgerät als optimal erschienen.

Surgical resection is currently the gold standard in the treatment of malignant liver tumours and with an R0 resection it offers a potential cure. However, only 20 to 25 percent of all patients with liver tumours are considered for resection. Reasons for this are the extension, the position or the local distribution of the tumours; preoperative liver insufficiency and serious accompanying diseases also limit the possibilities of extended surgical procedures. Local procedures that enable effective destruction of tumours have been the focus of wide interest. Numerous methods are currently being clinically evaluated, one of which, interstitial tumour therapy of primary and secondary tumours of the liver, is still a relatively new but continuously developing procedure. Among the thermoablative treatments, radiofrequency ablation (RFA) is arousing increasing interest, primarily because of the improved efficacy compared to the other hyperthermal treatments.

Percutaneous RFA is considered a minimally invasive, simple and safe procedure for treatment of liver tumours. The maximum treatable size of the mass is limited by the probe capacity and size. In addition, effective thermoablation must remove a safety margin of non-tumorous tissue, which if possible - similar to the surgical procedure - should not be less than 10 millimetres. If multiple tumours are present, the diameter of the largest mass should not exceed 3.5 centimetres because of the currently achievable necrosis volumes. With individual coagulation procedures tumours of up to five centimetres can be effectively treated by repositioning the probe multiple times without passing through the liver capsule a second time. Currently only monopolar systems are available; bipolar systems are still being tested. Disadvantages of monopolar ablation are low efficiency, the requirement for four neutral electrodes, with the possible consequence of burns and collateral damage, such as that caused by clips, and with larger liver tumours the coagulation volumes are frequently too small.

The main goal of this ex vivo study was the evaluation of a new RF application system, which reliably ensures coagulation of larger tumours. A bipolar/multipolar high-frequency current applicator specially developed for this purpose (power controller in combination with a bipolar internally cooled rigid high-frequency current electrode) was tested in bipolar and multipolar applications at power levels of 10 to 50 W (bipolar) and 75 to 150 W (multipolar). It was applied to healthy cattle and calf liver tissue ex vivo in approximately 500 individual tests. Bipolar HF applicators 1.8 millimetres in diameter and with active lengths of 20, 30 and 40 millimetres were tested. In the multipolar applications a number of bipolar HF applicators with an active length of 40 millimetres varied the distance of the applicators between two, three, four and five centimetres. The effect of the heat treatment was manifest in the form of tissue necroses, the volumes of which were measured.

In all bipolar test series (power output from 10 to 50 W) we found a linear dependency (regression coefficient>0.8; p<0.001) of the generated coagulation volumes on the amount of energy applied and the active lengths of the electrodes (maximums at 40 millimetres).

The main question of the study of whether and if applicable how coagulations of greater than five centimetres diameter can be generated with the multipolar application system can be answered to the effect that maximum volumes could be achieved by multipolar with active electrode lengths of 3 x 40 millimetres and electrode distances of five centimetres. The coagulation effect in power outputs of 75 to 150 W increased in direct proportion to the geometrical distances (cm) of the application electrodes and can be quantified based on a coagulation index . Virtually spherical shapes were achieved with electrode distances of four centimetres, with the result that overall the power output of 75 W in combination with the three rigid internally cooled bipolar electrodes used in a multipolar application (active lengths 40 millimetres) positioned at a distance of 4 to 5 centimetres appeared optimum for the power controller that was used.