COVERSTORY II

Innovative Navigationstechniken bei der interventionellen Behandlung von Lebertumoren

von R. Bale

Die Radiofrequenzablation (RFA) ist die derzeit am häufigsten angewendete lokal kurative Ablationsmethode zur Behandlung von Tumoren in verschiedenen Körperregionen. Durch hochfrequenten Wechselstrom zwischen der RFA-Sonde im Tumor bzw. im Randbereich des Tumors und breitflächigen Hautelektroden kommt es zu Ionenbewegungen im Gewebe um die Sonde. Eine Temperatur von über 60° bewirkt eine irreversible Gewebeschädigung. Aufgrund der minimalen Invasivität und der hohen Effektivität wird die RFA als lokal kurative Therapie der Wahl für die Behandlung nicht resektabler Leber-, Lungen-, Nieren-, Knochen- und Nebennierentumoren eingesetzt. Alternativ zur Radiofrequenzablation werden die laserinduzierte interstitielle Thermotherapie, die Kryotherapie und die Mikrowellenablation eingesetzt. Die letztere Methode zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass in kürzerer Zeit größere Ablationszonen erzielt werden können. Die Resultate hängen bei der konventionellen Punktionstechnik von der Tumorgröße ab, wobei bei Lebertumoren bis zu einem Durchmesser von 3 cm mit der Resektion vergleichbare lokale Kontrollraten erzielt werden können.

Konventionelle Sondenplatzierung

Derzeit wird in den meisten Zentren in der Regel nur eine Ablationssonde pro Tumor manuell unter CT-/US- Kontrolle platziert. Die Punktion von Leberherden mittels Nativ-CT ist eine große Herausforderung, da viele Tumore ohne Kontrastmittel schlecht abgrenzbar sind. Außerdem sind je nach Lokalisation häufig anspruchsvolle doppelt angulierte Zugänge erforderlich. Auch im Ultraschall sind je nach Entität, Lokalisation, patientenspezifischen Faktoren nicht immer alle Läsionen ausreichend gut einsehbar. Insbesondere etwaige erforderliche Sondenumpositionierungen während der Ablation von großen Tumoren sind schwierig, da die Einsehbarkeit durch der Entwicklung von Gasbläschen während der Ablation eingeschränkt ist.

Sowohl die CT- als auch die US-gezielte Punktionen und die damit verbundenen Resultate sind stark behandlerabhängig. Damit sich eine Methode jedoch durchsetzen kann sollte sie standardisiert, behandlerunabhängig, zuverlässig und wiederholbar sein.

Risikofaktoren für ein Lokalrezidiv

Um ein Lokalrezidiv zu vermeiden muss der gesamte Tumor einschließlich eines Sicherheitssaumes von ca. 0,5 cm - 1 cm in allen Ebenen durch die Nekrose erfasst werden. Mit einer Sonde kann - je nach verwendetem System sowie gewebespezifischen und anatomischen Faktoren - lediglich ein begrenztes Ablationsvolumen erzielt werden. Daher sind bei Verwendung einer Einzelnadel oft mehrmalige Sonden(um)positionierungen erforderlich. Diese gestalten sich insbesondere bei großen irregulären Tumoren sehr schwierig. Dadurch erklären sich die hohen Nekroseraten bei der konventionellen Einzelnadeltechnik insbesondere ab einem Tumordurchmesser von ca. 3 cm. Die Positionierung von multiplen Sonden stellt allerdings mit konventionellen Punktionstechniken eine große Herausforderung dar. Ein zusätzlicher Risikofaktor für ein Lokalrezidiv ist der „Heat-sink“-Effekt in der Nähe großer Gefäße, der eine Minimierung des Abstands zwischen einzelnen Sonden erfordert. Auch dies ist mit der konventionellen Technik dreidimensional nur schwierig umzusetzen.

Wie kann ein Lokalrezidiv vermieden werden?

Im Prinzip sind für eine erfolgreiche Ablation eine 3D Planung sowie eine exakte Umsetzung des Plans im Patienten erforderlich. Zusätzlich sollte bereits während dem Eingriff kontrolliert werden, ob der Tumor einschließlich eines suffizienten Sicherheitssaums durch das Ablationsareal überlappt wird. Um auch größere und irregulär geformte Tumoren mit hoher Sicherheit und Effizienz behandeln zu können, bieten sich daher innovative stereotaktische Navigationstechniken an.

Stereotaxie

Stereotaxie (von griechisch steros = Raum und taxis = Bewegung) bedeutet die präzise Platzierung von Instrumenten im Körperinneren mittels einer Zielvorrichtung auf der Basis von Berechnungen der Zugangswege in einem karthesischen Koordinatensystem. Prinzipiell können manuelle oder automatische (robotische) Zielvorrichtungen eingesetzt werden. In der Neurochirugie sind stereotaktische Rahmen im Einsatz, die über Metallstifte am Schädel fixiert werden. Für extrakranielle Eingriffe stehen rahmenlose 3D - Navigationssysteme zur Verfügung. Dabei werden mechanische, optische oder elektromagnetische 3-D-Koordinatenmesssysteme eingesetzt. Diese erlauben eine Instrumentenführung in Echtzeit auf Basis der vor der Operation erzeugten CT-/MRT- und PET -Bilddaten.

Eine spezielle Software ermöglicht eine präoperative Operationssimulation auf der Basis multimodaler Daten. Zusätzlich können spezielle Zielvorrichtungen verwendet werden, über die Instrumente präzise in den Patienten eingebracht werden können. Eine Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Punktion ist die Fixation der Zielstruktur. Für Eingriffe in der Leber sind eine Patientenfixation mittels Vakuummatratzen sowie eine Atemtriggerung erforderlich.

Manuelle Zielvorrichtungen

Im SIP Innsbruck wurden die weltweit ersten nichtinvasiven Fixationsvorrichtungen für den Kopf (Vogele-Bale-Hohner HeadFix, Medical Intelligence Inc., Schwabmünchen, Germany) und die Weichteile (BodyFix, Medical Intelligence Inc., Schwabmünchen, Germany) sowie die weltweit ersten Zielvorrichtungen (Vertek, Medtronic; EasyTaxis, Philips; Atlas Medical Intelligence) für perkutane 3D navigierte Eingriffe entwickelt. Die reale Achse der Zielvorrichtung wird dabei mittels der speziellen Zielsoftware des Navigationssystems mit dem virtuellen Pfad zur Deckung gebracht.

Automatische Zielvorrichtungen (Robotik)

Roboter haben eine hohe mechanische Genauigkeit und können Interventionen semiautomatisch oder automatisch durchführen. Der für medizinische Zwecke umgebaute Industrieroboter Maxio (Perfint) und der speziell für interventionell radiologische Eingriffe entwickelte iSys-Miniroboter (iSys Medizintechnik, Kitzbühel, Österreich)  erlauben eine präzise perkutane Sondenplatzierung.  Medizinische roboterunterstützte Systeme eignen sich insbesondere für wiederholte, monotone, präzise durchzuführende Aufgaben und unterliegen strengen Sicherheitsvorschriften.

Bildfusion

Eine Bildfusionssoftware ist ein wesentlicher Bestandteil von 3D Navigationssystemen. Sie erlaubt die Verwendung von multimodalen Datensätzen, eine exakte Genauigkeitskontrolle der Sondenpositionierung sowie eine 3D- Kontrolle des Ablationsareals in Relation zum behandelten Tumor. Für die Genauigkeitskontrolle der Sondenpositionierung wird ein natives Kontroll-CT mit liegenden Sonden mit dem kontrastmittelunterstützten Planungs-CT bzw. den geplanten Pfaden überlagert. Eventuelle Sondenfehllagen vor der Ablation können manuell oder durch erneute stereotaktische Punktion korrigiert werden. Die Fusion eines kontrastmittelunterstützten Kontroll-CTs nach der Ablation mit dem kontrast-mittelunterstützten Planungsdatensatz bei noch narkotisierten Patienten erlaubt eine unmittelbare Erfolgskontrolle. Falls der Tumor einschließlich eines Sicherheitssaums von 1 cm nicht durch die Ablationszone überdeckt ist können sofort weitere Sonden platziert werden.

Genauigkeiten der manuellen und automatischen stereotaktischen Systeme

Im Phantomversuch können sowohl mit manuellen als auch automatischen Zielvorrichtungen Genauigkeiten im Bereich von 1-2 mm erreicht werden. In vivo hängt die Genauigkeit in erster Linie von der Patientenfixation und von der Atemtriggerung ab. Mit der in Innsbruck entwickelten manuellen Zielvorrichtung in Kombination mit einem optischen Navigationssytem, einer Vakuumfixation und Atemtriggerung mit Diskonnektion des endotrachealen Tubus kann eine Punktionsgenauigkeit in der Leber von 3-4 mm erzielt werden. Derzeit liegen noch keine in vivo Genauigkeitsstudien mit automatischen Zielvorrichtungen vor. Es sind bei identer Patientenfixation und Atemtriggerung vergleichbare Genauigkeiten zu erwarten.

Klinische Ergebnisse der im SIP in Innsbruck entwickelten stereotaktischen RFA (SRFA) mit manueller Zielvorrichtung

Insgesamt wurden an unserer Abteilung bisher ca. 500 Patienten mit mehr als 1100 Lebertumoren mittels SRFA behandelt. Die primäre technische Effektivität der SRFA bei der Therapie von 177 primären und sekundären Lebermalignomen mit einem mittleren Durchmesser von 2,9 (0,5–11 cm) lag bei 95,5%, die sekundäre bei 97,7%. Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen Tumoren mit einem Durchmesser <3 cm (95,9%) und 3–5 cm (100%). Bei Tumoren >5 cm lag die technische Effektivität immer noch bei 87,5%. Dabei zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen dem unerfahrenen Assistenzarzt und dem erfahrenen Oberarzt. Mittels SRFA konnten Lebertumoren mit 10 cm Durchmesser in sano ablatiert werden. Bei 11 konsekutiven Patienten wurden insgesamt 36 inoperable intrahepatische cholangiozelluläre Karzinome mit einem mittleren Durchmesser von 3 cm (0,5–10 cm) mittels SRFA behandelt. Nach einem mittleren Follow-up von 31 Monaten zeigten sich 1- und 3-Jahres-Überlebensraten von 91 und 70% und ein medianes Gesamtüberleben von 60 Monaten.

Nach SRFA von 189 kolorektalen Lebermetastasen bei 63 Patienten ergaben sich keine signifikanten Unterschiede der Lokalrezidivraten zwischen Tumoren <3 cm (17,7%), 3–5 cm (11,1%) und >5 cm (17,4%). Das median Gesamtüberleben betrug 33,2 Monate und die 1-, 3- und 5-Jahres-Überlebensraten lagen bei 87, 44 und 27%, bei den operablen Patienten 58 Monate bzw. 92, 66 und 48%.

Sowohl die ex vivo als auch die in vivo Ergebnisse der SRFA mit manueller Zielvorrichtung sind die Richtwerte an denen sich neue manuelle oder automatische stereotaktische Methoden messen müssen.



Abb.1 SRFA eines intrahepatischen cholangiozellulären Karzinoms - KM-unterstütztes Planungs CT


Abb. 2 Einstellung der manuellen Zielvorrichtung - Platzierung von insgesamt 15 Coaxialnadeln als Platzhalter für die 3 Radiofrequenzsonden


Abb.3 SRFA eines intrahepatischen cholangiozellulären Karzinoms - Kontroll CT der Nadellagen


Abb.4 SRFA eines intrahepatischen cholangiozellulären Karzinoms - Kontroll CT des Ablationsareals
 

Abb.5 SRFA mit automatischer Zielvorrichtung (Miniroboter von iSys)


Autor
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Ao. Univ.-Prof. Dr. Reto Bale
Section Microinvasive Therapy (SIP), Abteilung für Radiologie,
Medizinische Universität Innsbruck
Anichstr. 35, 6020 Innsbruck, AUSTRIA
E-mail: reto.bale@uibk.ac.at

Literatur


Bale R, Widmann G, Jaschke W.
Stereotaxy and robotics for ablation - toy or tool?
Radiologe. 2012 Jan;52(1):56-62.

Bale R, Widmann G, Schullian P, Haidu M, Pall G, Klaus A, Weiss H, Biebl M, Margreiter R.
Percutaneous Stereotactic Radiofrequency Ablation of Colorectal Liver Metastases
Eur Radiol. 2012 Apr;22(4):930-7.

Bale R, Widmann G, Jaschke W.
Navigated open, laparoscopic, and percutaneous liver surgery.
Minerva Chir. 2011 Oct;66(5):435-53.

Bale R, Widmann G, Haidu M.
Stereotactic Radiofrequency Ablation.
Cardiovasc Intervent Radiol. 2011 Aug;34(4):852-6.

Bale R, Widmann G, Stoffner DI.
Stereotaxy: Breaking the limits of current radiofrequency ablation techniques.
Eur J Radiol. 2010 Jul;75(1):32-6.

Bale R, Widmann G.
Can stereotactic radiofrequency ablation replace liver resection?
Magazine of European Medical Oncology 2011; 4(2):82-85

Kettenbach J, Kronreif G, Figl M, Fürst M, Birkfellner W, Hanel R, Ptacek W, Bergmann H.
Robot-assisted biopsy using computed tomography-guidance: initial results from in vitro tests.
Invest Radiol. 2005 Apr;40(4):219-28.

Widmann G, Schullian P, Haidu M, Fasser M, Bale R
Targeting accuracy of CT-guided stereotaxy for radiofrequency ablation of liver tumours.
Minim Invasive Ther Allied Technol. 2011 Jul;20(4):218-25.

Widmann G, Haidu M, Schullian P, Stoffner R, Bale R
Stereotactic Radiofrequency Ablation (SRFA) of liver lesions: Technique effectiveness, safety, and inter-operator performance.
Cardiovasc Intervent Radiol. 2012 Jun;35(3):570-80. Epub 2011 Jun 14.