Therapieplanung für die Mikrowellenablation von Lebertumoren – Evaluation ex vivo

Die Mikrowellenablation (MWA) ist eine minimalinvasive Therapieoption zur Behandlung bösartiger Lebertumoren. Zu den potentiellen Vorteilen der MWA gegenüber anderen Ablationsverfahren gehören ein größeres Ablationsvolumen und eine kürzere Ablationszeit. Neben vaskulären Kühleffekten und dem verwendeten MWA-System ist der therapeutische Erfolg abhängig von der Expertise des behandelnden Mediziners sowie von der Komplexität des individuellen Patientenfalles. Ziel einer computergestützen Planungssoftware ist es, die onkologische Sicherheit und Effizienz der Therapie zu verbessern. Derzeit gibt es für die MWA kein Planungssystem, das patientenindividuelle Faktoren, wie Gefäßkühleffekte, einbezieht. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, eine interdisziplinäre entwickelte Planungssoftware (TASAP) für die MWA von Lebermalignomen im Hinblick auf Gefäßkühleffekte unter standardisierten Exvivo-Bedingungen zu evaluieren.
Dazu wurden 217 MWA in einem Ex-vivo-Schweineleber-Modell mit einem 40 W feedbackgesteuertem MWA-Generator mit ungekühltem Antennendesign durchgeführt. Zur Imitation eines Lebergefäßes wurden drei verschiedene perfundierte Glasröhren (3, 5 und 8 mm Außendurchmesser; im Folgenden als Kühlgefäß bezeichnet) mit vier verschiedenen Flussraten (0,10, 100 und 500 ml/min) und drei unterschiedlichen Antennen-Gefäß-Abständen (5, 10 und 20 mm) in die Leber eingebracht. Zur Etablierung einer genauen Messmethode der avitalen Ablationszone erfolgte eine histologische Aufarbeitung mithilfe von NADH-Färbungen (Vitalfärbung). Die histologischen und makroskopischen Ergebnisse wurden korreliert und ein Korrekturfaktor ermittelt. Die MWA-Läsionen wurden planimetrisch entlang der Querschnittsfläche auf Höhe des größten Nekrosedurchmessers mit dem etablierten Korrekturfaktor (r(x) + 21,2 %; 1,6 mm) orthogonal zur Antenne konturiert und vermessen. Durch die Etablierung einer Messmethode konnte die makroskopische avitale Zone (White Zone; WZ) exakt detektiert und die planimetrische Flächenvermessung optimiert werden. Als Grundlage für die TASAP diente ein numerisches Simulationsmodell, dieses wurde durch eine Versuchsreihe mit verschiedenen Energieeinträgen (12 – 24 W) kalibriert. Aufgezeichnete Generatorprotokolle wurden in die Planungssoftware integriert. Eine proximale, numerisch quantifizierte Antennenschafterwärmung wurden ebenfalls in die Software implementiert. Bei einem simulierten Energieeintrag von 16 W zeigte sich die beste Übereinstimmung von realer und simulierter Läsion mit einer medianen Flächendifferenz von 2,8 % zwischen transversaler Läsion und Simulation. Dabei wurden ein Dice-Koeffizient von 0,89 sowie ein Jaccard-Koeffizient von 0,81 ermittelt. Eine Planung von Ablationen ohne Kühlgefäße konnte mit der Planungssoftware unter der Berücksichtigung von Energieverlusten wie der Antennenschafterwärmung, mit einer Flächengenauigkeit (Schnittfläche) von 90,2 % berechnet werden. Die Flächendifferenz zwischen Läsion (179,2 mm²) und Simulation (189,4 mm²) betrug 2,8 % (p = 0,394).
Durch die Verwendung verschiedener Kühlgefäße konnten bei der MWA Flächenunterschiede der Ablationsflächen durch vaskuläre Kühleffekte nachgewiesen werden. Dabei war der Einfluss der vaskulären Kühleffekte auf die Ablationsfläche ab einer Flussrate von 10 ml/min konstant hoch. Die Simulation unter dem Einfluss peripherer Kühlgefäße zeigte eine Abweichung zwischen realer Ablation und Simulation mit einer Überschätzung in der Fläche von 32,8 bis 43,1 % (abhängig vom Kühlgefäß). Bei allen 192 Versuchen zeigte sich eine Radiusdifferenz von 1,6 mm, dies entspricht einer prozentualen Differenz von 19,8 %.
Diesbezüglich muss das Simulationsmodell für die klinische Anwendung weiter optimiert werden. Faktoren wie die Implementierung der Gewebeschrumpfung und des periinterventionellen Temperaturprofiles könnten die Simulation der MWA weiter verbessern.
Bei der Interpretation der Ergebnisse muss berücksichtigt werden, dass die Experimente ex vivo an nativer Schweineleber durchgeführt wurden. Die Ergebnisse können indes als experimentelle, valide Grundlage für In-vivo-Versuche angesehen werden. Diese sind insofern von Bedeutung, als die präinterventionelle, simulationsbasierte Behandlungsplanung ein wertvolles Werkzeug bei der klinischen Anwendung von MWA sein kann.