Термоаблация

Термоаблация

Термическая аблация (термодеструкция) является методом альтернативным хирургическому при удалении как доброкачественных, так и локализованных злокачественных образований. В основе данного направления лежит гипертермия (нагрев тканей мишени), который приводит к разрушению ткани. Изменение температуры происходит внутри опухоли и вокруг нее. Общая цель термической аблации очень похожа на цель хирургического вмешательства: удалить опухоль и ее край толщиной 5–10 мм. Хирургическое удаление состоит в иссечении ткани, в то время как при термодеструкции ткань погибает локально, а затем поглощается организмом в течение нескольких месяцев. Как и хирургическое вмешательство, термическая аблация может выполняться открытым, лапароскопическим или эндоскопическим доступом. В настоящее время, термодиструкция позиционируется как минимально-инвазивный метод удаления образований различной природы.

Термоаблация

Способы минимально-инвазивной термоаблации

Лазерная деструкция (аблация)

С изобретением  лазера на основе кристалла рубина  в 1960 году       американским физиком Майманом началась эпоха применения данной технологии  в различных сферах человеческой жизни в том числе и медицине. Уже в 1962 году лазер нашел свое первое практическое применение в медицине для микроспайки во время хирургии сетчатки. Таким образом, исторически лазеры изначально применялись в офтальмологии, поскольку глаз и его внутренняя часть благодаря своей прозрачности относятся к наиболее доступным органам. Первой же процедурой, которую можно назвать лазерной аблацией, была проведена в 1984 году при раке кожи в Национальном медицинском лазерном центре Лондона с использованием лазерного излучения Nd-YAG выходной мощностью 20 Вт в течение 10 минут.

В основе лазерной аблации лежит явление нагрева патологических биоструктур за счет подведения к ним энергии. При этом возникают необратимые поражения на клеточном уровне (некроз тканей из-за нагрева жидкости в клетках и последующего ее выпаривания). Как правило, нагрев тканей производится до температуры 50-54 °C   для достижения коагуляции внутри области интереса.

В настоящее время лазерная аблация является активно развивающимся методом. Техника выполнения основана на введение в биологическую структуру волокна под контролем УЗИ.

Далее включается лазер и энергия по волокну подводится внутрь для последующей коагуляции ткани. Для лазерной абляции применяют, как правило, гибридную установку (EchoLaser X4, Esaote, Genova, Италия). Она сочетает в себе УЗИ с линейным датчиком и четыре независимых волокна для доставки лазерного излучения.  Излучение генерируется диодным лазером с длиной волны 1064 нм и диаметром луча 0,3 мм с уровнем выходной мощности от 1 до 7 Вт. Оптические волокна длиной 1,5 м с сердечником 300 мкм могут вводиться чрескожно в цель при помощи иглы 21 G.

Лазерная аблация узлов щитовидной железы

Радиочастотная аблация

Более ста лет назад, а именно в 1891 году, была открыта способность радиочастотных волн проходить сквозь биологические ткани.  При этом было замечено, что повышение температуры ткани не вызывает нервно-мышечное возбуждение. Это открытие стало отправной точкой в развитии метода радиочастотной абляции. Долгое время ученые сталкивались с проблемой расширения площади некроза ткани при воздействие радиочастотных волн, а решив ее, встретились со сложностью, связанной с неконтролированной формой и непредсказуемостью поведения некроза. Лишь к концу 20-го века удалось решить эту проблему с изобретением особого типа электрода, который позволил более точно предсказывать направления некроза в тканях.

Физическая основа метода заключается в резистивном нагреве через электропроводящий путь (воздействие переменного тока на ткань), состоящий  из молекул ткани, большая частиц из которых это молекулы воды. Дипольные моменты молекул пытаются оставаться выровненными в направлении тока и вынуждены колебаться при приложении быстро переменного тока, при этом передавая колебания соседним молекулам. Потери энергии на трение между соседними молекулами приводят к локальному выделению энергии и повышению температуры выше 50oС, что активирует последующий некроз тканей. Генерация радиоволн происходит в диапазоне частот 450–500 кГц. Основным физическим ограничением метода является его применение в тканях с низкой электропроводностью

Радиочастотную аблацию применяют при различных опухолях, включая опухоли легких, почек, груди, костей, щитовидной железы и печени. В последнее время стали проводить исследования, связанные с проверкой эффективности и безопасности методики при лечении первичного гиперпаратериоза и рассматривать его как альтернативу открытой паратиреоидэктомии. Процедура проводится под контролем УЗИ. Делается прокол, через который в аденому вводится зонд. При этом суммарная мощность, подведенная в аденому варьируется от 10 до 70 Вт в зависимости от размеров образования.

Микроволновая аблация

Метод микроволновой аблации является самым “молодым”. Первые упоминания о применение микроволновой абляции датированы еще 80-ми годами прошлого века, но лишь в 21 веке стали производится серийно специальные  генераторы, подходящие для проведения этой процедуры, что в значительной степени подтолкнуло развитие данного направления.

В основе механизма микроволновой абляции лежит действие электромагнитных полей с более высокими частотами от 915 МГц до 2,45 ГГц. Этот тип излучения находится между инфракрасным излучением и радиоволнами. Молекулы воды полярны; то есть электрические заряды на молекулах не симметричны. Часть молекулы, содержащая два атома водорода, заряжена положительно, а часть, содержащая кислород, – отрицательно. Молекулы функционируют как небольшие электрические диполи, которые вращаются взад и вперед в пространственной ориентации, быстро вращаясь, пытаясь выровняться с зарядами противоположной полярности. Полярные молекулы в ткани вынуждены непрерывно перестраиваться с осциллирующим электрическим полем, увеличивая свою кинетическую энергию и, следовательно, температуру ткани. Ткани с высоким процентным содержанием воды (как в твердых органах и опухолях) являются наиболее благоприятными для этого типа нагрева.

При достижении температуры от 50 до 100 °C происходит активация белковой и ферментативной деградации и денатурации гистоновых комплексов, которые необходимы для поддержания третичной структуры ДНК. После воздействия этих цитотоксических температур со временем наступает клеточная гибель посредством коагуляционного некроза.

Микроволновую аблацию проводят под контролем УЗИ. Хирург создает доступ для подведения к патологической бструктуре через иглу 17G антенны аппликатора.  На конце аппликатора формируется поле, посредством которого происходит передача энергии ткани. Абляция проводится в режиме фракционирования при подводимой мощности 30 Вт в течение 25-30 секунд на каждую точку в объеме. Длительность процедуры составляет от 3 до 5 минут и осуществляется до получения на УЗИ-изображение гипоэхогенной картины.

 

Микроволновая аблация при паталогических образованиях в печени

Аблация фокусированным ультразвуком высокой интенсивности (High-Intensity Focused Ultrasound, HIFU)

В 1927 году Wood и Loomis впервые описали тепловые свойства ультразвука высокой интенсивности. Впоследствии, в 1942 году, Lynn описал использование сфокусированного ультразвукового генератора, способного вызывать очаговую термическую аблацию ex vivo образцов печени, а также мозга через промежуточные участки черепа, мозговых оболочек без повреждения кожи. В 1950-х годах братья Фрай разработали транскраниальную систему на основе ультразвука высокой интенсивности, которую можно было использовать после трепанации черепа у животных для нацеливания на глубокие участки мозга, что способствовало развитию интереса к данному типу аблации для лечения двигательных расстройств, таких как болезнь Паркинсона. Некоторые из самых ранних исследований абляционной терапии ультразвуком высокой интенсивности у людей были выполнены на простате и опубликованы в начале 1990-х годов Marberger и соавторами, а также Madersbacher et al; с последующим совершенствованием методов визуализации, как УЗИ, так и магнитно-резонансной томографии (МРТ), что позволило лечить широкий спектр доброкачественных и злокачественных опухолей. В настоящее время данный вид абляции применяется для удаления доброкачественных функционально-активных узловых образований щитовидной железы, удаления гиперфункционирующих паращитовидных желез, а также при раке предстательной железы.

Формирование ультразвуковых волн происходит в результате обратного пьезоэффекта. Генератор подает переменное напряжение на обкладки пластинки, приложенные к пьезокристаллу (кристалл кварца), в результате под действием электрического поля происходит деформация кристаллической решетки и возникают вынужденные колебания. Резонанс колебаний наблюдается при совпадение частоты изменения напряжения электрического поля и собственной частоты колебания кристалла. В результате при уменьшении толщины кристалла  в прилегающих слоях окружающей среды образуется разрежение, а при его увеличении сгущение частиц среды. Таким образом, в среде возникает ультразвуковая волна, которая распространяется в направлении перпендикулярном поверхности пьезокристалла.

Ультразвуковые волны формируются в частотном диапазоне от 20 кГц до 1 ТГц. Терапевтический ультразвук обладает интенсивностью более 5 Вт/см2, которая способна вызывать коагуляционный некроз ткани и наиболее часто используется для абляции. Денатурация белка и коагуляционный некроз обычно происходят при 56 ° C с продолжительностью воздействия 1 секунда, тогда как температура выше 43 ° C в течение 1 часа может сделать ткань более восприимчивой к химиотерапии и облучению. Повышение температуры биологической ткани, вызванное поглощением ультразвукового излучения, линейно пропорционально интенсивности звука.

В настоящее время единственной доступной системой для проведения абляции  ультразвуком высокой интенсивности при ПГПТ является EchoPulse (Theraclion, Париж, Франция). Прибор содержит блок диагностического ультразвука для интраоперационной визуализации (7,5 МГц) и компонент терапевтического ультразвука  (3 МГц) для подведение энергии к целевому объему. Специальный охлаждающий контур для устройства снижает температуру между последовательными импульсами. Импульс терапевтического ультразвука создает область абляции в виде эллипса с длиной большой полуоси 4,5 мм и малой полуоси 1 мм. После предварительного планирования процедуры подаются несколько импульсов для выполнения абляции. Безопасные границы обрабатываемой области составляют 3 мм от трахеи, 2 мм от сонной артерии и 5 мм от кожи. Максимальная обрабатываемая глубина от поверхности кожи – 28 мм. Процедура обычно проводится под седацией, пациент находится в сознании и редко требуется местная анестезия.

X