Termografické hodnocení radiofrekvenční ablace stentů ex vivo


Termografické hodnocení radiofrekvenční ablace stentů ex vivo

A common complication of implanted biliary stent is obstruction caused by overgrowing their tissues, often in a term of a few months after their implantation. This complication can be solved by using of the method of radiofrequency tissue ablation, performed by the stent with active electrode and subsequent thermal tissue destruction in neighborhood of this electrode. This heating process was observed in this experiment by using contactless thermography method. Within the experiments were monitored thermal changes of both the stent and the surrounding tissue. The authors also described thermal effect of monopole or bipolar radiofrequency ablation, in the case of direct contact of electrode and the material of the stent.

Keywords:
radiofrequency ablation, stent, termography


Autoři: Vladan Bernard 1;  Tomáš Andrašina 2
Působiště autorů: Biofyzikální ústav LF MU Brno, Czech Republic 1;  Faculty Hospital Brno, Department of Radiology, Brno, Czech Republic 2
Vyšlo v časopise: Lékař a technika - Clinician and Technology No. 4, 2013, 43, 10-13
Kategorie: Původní práce

Souhrn

Častou překážkou implantovaných biliárních stentů je jejich neprůchodnost způsobená zarůstáním tkání, mnohdy v řádu již několika měsíců po zákroku. Tuto komplikaci lze řešit pomocí metody radiofrekvenční ablace tkáně, prováděné zavedením stentu s aktivní elektrodou a následnou tepelnou destrukcí tkáně v jejím okolí. Tento tepelný proces byl v rámci experimentů sledován pomocí bezkontaktní termografie. V rámci experimentů byly sledovány tepelné změny jak samotného stentu, tak okolní tkáně. Také byl popsán tepelný efekt monopolárního či bipolárního uspořádání radiofrekvenční ablace v případě kontaktu elektrody a materiálu stentu.

Klíčová slova:
radiofrekvenční ablace, stent, termografie

Úvod

Paliace tumorů postihujících žlučové cesty patří dlouhodobě k problematice, která nedosahuje uspokojivých výsledků v celosvětovém měřítku. Obstrukční ikterus komplikuje jak primární terapii nádorového onemocnění, tak další léčbu při progresi nebo rekurenci onemocnění. I přes možnosti léčby obstrukce žlučových cest chirurgickou či endoskopickou cestou je stále velké množství pacientů, u kterých je perkutánní drenáž jedinou možností terapie cholestázy [1]. Optimální paliativní metodou pro tyto pacienty je zavedení metalického kovového stentu. Problémem je jeho časná okluze a rovněž řešení okluze metalického stentu. Možnost řešení okluze a zprůchodnění spočívá například ve využití techniky radiofrekvenční ablace tkáně [2, 3, 4].

Základem radiofrekvenční ablace je přivedení střídavého proudu do ablované tkáně elektrodou nebo elektrodami. Můžeme využívat princip bipolární nebo monopolární ablace. Při bipolární ablaci střídavý proud přechází přes dvě elektrody uložené v cílové tkáni. Elektrody mohou být uloženy na jedné ablační jehle, katetru resp. do tkání zavádíme jehel několik a bipolární ablaci provádíme přes jejich aktivní segmenty. Výhodou bipolární ablace je maximální využití RF energie generátoru a větší homogenita vytvořeného elektrického pole. Nevýhodou v případě využití jedné bipolární jehly jsou relativně malé ablační objemy. U více rozšířené monopolární ablace využíváme jednu aktivní elektrodu umístěnou v cílové tkáni a jednu nebo více disperzních elektrod, které jsou připojeny k tělu pacienta. Tyto elektrody mají velkou aktivní plochu (přes 500 cm2) a tím i nízkou proudovou hustotu při aplikaci RF energie, tvorba tepla na disperzních elektrodách je proto minimální.

Materiál a metody

Veškeré prezentované výsledky byly získány z ex vivo experimentů. Experimenty byly prováděny v prostředí čerstvých vepřových jater; v případě experimentů s modelem tkáně byl použit agarózový gel s elektrickou vodivostí shodnou s fyziologickým roztokem.

Pro experiment byly použity kovové dvojitě pletené biliární stenty EGIS Biliary stents 10 mm x 80 mm, (Egis, S&G Biotech, Soul, Korea).

Pro radiofrekvenční ablaci byl použit katetr EndoHPB 8F, 180 cm připojený ke generátoru 1500X RF pracujícímu s frekvencí 460 kHz ± 5% (AngioDynamics, NY, USA).

Termografické snímky byly pořízeny pomocí infračervené kamery FLIR B200 (Flir Systems, Danderyd, Sweden) vybavené mikrobolometrickým tepelným detektorem s rozlišením 200×150 a spektrálním rozsahem vlnových délek elektromagnetického záření od 7.5 do 13 μm. Absolutní přesnost měření je dána deklarovanou citlivostí přístroje výrobcem jako ±2°C či ±2% z měřeného rozsahu.

Jako referenční metody měření teploty byl použit termočlánek typu K (Fluke, Son, The Netherlands) připojený k multimetru METEX E32 (Metex Corporation, Seoul, Korea).

V rámci prováděných experimentů byl sledován vliv ohřevu tkáně, modelu tkáně či samotného stentu za podmínek:

  • monopolární a bipolární ablace,
  • změny pozice stentu vůči indiferentní plošné elektrodě,
  • přímého vodivého kontaktu mezi aktivní elektrodou a materiálem stentu.

V případě monopolárního uspořádání byla indiferentní plošná elektroda umístěna pod použitou jaterní tkání. Stent byl umístěn do řezu provedeného v jaterní tkáni do hloubky tří centimetrů, a to symetricky a asymetricky vůči plošné elektrodě. Aktivní elektroda byla umístěna ve středu stentu s vodivým kontaktem s jeho materiálem. Radiofrekvenční pálení tkáně bylo provedeno za podmínek výstupní energie generátoru 60 W po dobu 10 minut. Termografické měření bylo realizováno snímáním ze vzdálenosti jednoho metru. Celý experiment byl prováděn při neměnné pokojové teplotě.

Získaná experimentální data v podobě termosnímků byla dále zpracována pomocí software FLIR QuickReport 1.2 (Flir Systems, Danderyd, Sweden), ImageJ 1.45s a Microsoft Office Excel 2003 (Microsoft Corporation).

V realizovaných experimentech s ohledem na metodu snímání teplot pomocí termografických metod nebylo cílem zjištění absolutních teplot během výkonu, ale rozložení teplotních polí a jejich srovnání při různých parametrech ablace. Chyba měření teploty byla stanovena na ±2°C, dle údajů uváděných výrobcem termografického přístroje Flir.

Výsledky a diskuze

Realizované ex vivo experimenty byly prováděny na vepřových játrech za pokojové teploty (Obr. 1). Výstupem těchto experimentů byly termosnímky, které byly dále zpracovány a podrobeny teplotní analýze.

Ukázka umístění stentu v jaterní tkáni, monopolární ablace s kontaktem aktivní elektrody s materiálem stentu.
Obr. 1. Ukázka umístění stentu v jaterní tkáni, monopolární ablace s kontaktem aktivní elektrody s materiálem stentu.

V rámci pokusů s monopolární a bipolární ablací bylo zjištěno, že v případě binopolární ablace ve srovnání s monopolární ablací za stejných podmínek (Obr. 2) dochází k ohřevu tkáně ve větším objemu na úkor nižších dosažených maximálních teplot.

Ukázka teplotní mapy ohřevu tkáně při monopolární (pravo) a bipolární ablaci (levo) tkáně.
Obr. 2. Ukázka teplotní mapy ohřevu tkáně při monopolární (pravo) a bipolární ablaci (levo) tkáně.

Jedním z plánovaných cílů experimentů bylo popsání vlivu umístění stentu vůči indiferentní plošné elektrodě v případě přímého dotyku aktivní elektrody s materiálem stentu. V rámci pokusů byly zvoleny dvě výchozí polohy stentu – symetrická se stejnou vzdáleností od obou konců stentu k plošné elektrodě a – asymetrická s umístěním stentu tak, že vzdálenost mezi konci stentu a plošnou elektrodou bylo rozdílné (Obr. 3).

Ukázka teplotní mapy ohřevu tkáně při asymetrické (horní snímek) a symetrické (dolní snímek) pozici stentu vůči indiferentní plošné elektrodě při přímém kontaktu aktivní elektrody s materiálem stentu
Obr. 3. Ukázka teplotní mapy ohřevu tkáně při asymetrické (horní snímek) a symetrické (dolní snímek) pozici stentu vůči indiferentní plošné elektrodě při přímém kontaktu aktivní elektrody s materiálem stentu

Výsledky experimentů ukázaly, že při dotyku aktivní elektrody a materiálu stentu dochází k vodivému kontaktu a stent sám přebírá funkci aktivní elektrody s efektem ohřevu jeho struktur, a to přednostně na jeho koncích. Z naměřených dat symetrického a asymetrického uložení stentu v tkáni vůči indiferentní plošné elektrodě je zřejmé, že právě poloha stentu, který je v tomto případě vodivě spojen s aktivní elektrodou, ovlivní rozložení teplotního pole v jeho okolí. Jak je patrné z vytvořených teplotních profilů, právě asymetrická poloha stentu způsobí vytvoření nerovnoměrného ohřevu jeho struktury – zejména jeho konců – a okolní tkáně (Obr. 4).

Teplotní profil v ose stentu při asymetrické a symetrické pozici stentu vůči indiferentní plošné elektrodě (zpracování teplotních map na Obr. 3), chyba měření je dána v tomto případě přesností přístroje deklarovanou výrobcem na ±2°C.
Obr. 4. Teplotní profil v ose stentu při asymetrické a symetrické pozici stentu vůči indiferentní plošné elektrodě (zpracování teplotních map na Obr. 3), chyba měření je dána v tomto případě přesností přístroje deklarovanou výrobcem na ±2°C.

Jev přednostního ohřevu konců stentu při jeho vodivém dotyku s aktivní elektrodou byl pozorován při všech použitých výstupních energiích generátoru. Domněnkou vysvětlujících tento fakt je existence největší proudové hustoty právě v oblasti konců stentů v případě, že stent samotný převezme funkci aktivní elektrody.

Závěr

V konečném hodnocení provedených experimentů lze konstatovat, že se jeví možné ovlivnit výsledek prováděné radiofrekvenční ablace vhodnou volbou experimentálního uspořádání zákroku. Volba monopolárního či bilopárního uspořádání ovlivní jak dynamiku ohřevu tkáně, tak velikost zasažené oblasti. V případě radiofrekvenční ablace tkáně uvnitř stentu je nutné mít na zřeteli, že v případě vodivého kontaktu mezi aktivní elektrodou a materiálem stentu dochází k efektu radiofrekvenčního ohřevu tkáně v celém průběhu stentu, který převzal funkci aktivní elektrody. Výsledky experimentů v takovémto případě ukazují na přednostní ohřev konců stentů (což může být komplikací pro skupinu pacientů, u kterých je lokalizován konec stentu v blízkosti střevní stěny). Poloha plošné indiferentní elektrody podle námi naměřených dat umožní tento efekt ohřevu konců stentů částečně eliminovat, a to při asymetrické poloze stent – indiferentní elektroda.

Z pohledu možností využití termografických metod můžeme konstatovat, že jsme v daném případě neshledali překážek pro využití této techniky pro získání teplotních map a jeví se být vhodným nástrojem pro obdobná měření.

Poděkování

Projekt byl financován z grantového projektu Ministerstva zdravotnictví ČR MZ CR NT/11128-4 and NT/14586

Mgr. Vladan Bernard, Ph.D.

Biofyzikální ústav

Lékařská fakulta

Masarykova univerzita v Brně

Kamenice 126/3, 625 00 Brno

E-mail: vbernard@med.muni.cz

Phone: +420 549 496 577


Zdroje

[1] Feldman, M., Scharschmidt, B. F., Sleisenger, M. H. Sleisenger & Fordtran's Gastrointestinal and Liver Disease. 7th ed. Philadelphia: Elsevier Science, 2002.

[2] Steel, A.W., Postgate, A.J., Khorsandi, S., Nicholls, J., Jiao, L., Vlavianos, P., et al. Endoscopically applied radiofrequency ablation appears to be safe in the treatment of malignant biliary obstruction, Gastrointestinal Endoscopy , 2011, vol 73, no. 1, p. 149-153.

[3] Kallis, Y., Phillips, N., Steel, A., Dickinson, R., Nicholls, J., Jiao, L, et al. Radiofrequency Ablation for Biliary Metal Stent Occlusion: Evolution of a Novel Endoscopic Technique and Proof of Concept, Gastrointestinal Endoscopy, 2012, vol 75, no. 4, p. AB377-AB378.

[4] Mukund, A., Arora, A., Rajesh, S., Bothra, P., Patidar, Y. Endobiliary Radiofrequency Ablation for Reopening of Occluded Biliary Stents: A Promising Technique, Journal of Vascular and Interventional Radiology, 2013, vol24, no. 1, p. 142-144.

Štítky
Biomedicína
Kurzy Doporučená témata Časopisy
Přihlášení
Zapomenuté heslo

Nemáte účet?  Registrujte se

Zapomenuté heslo

Zadejte e-mailovou adresu se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.

Přihlášení

Nemáte účet?  Registrujte se