Stroszczynski, Christian: Einsatz der Magnetresonanztomographie zur Laser-induzierten Thermotherapie Anwendungsgebiete Optimierung der Prozess- und Erfolgskontrolle

Klinik und Poliklinik für Strahlenheilkunde
Charité Campus Virchow Klinikum
Augustenburger Platz 1
13353 Berlin

Einsatz der Magnetresonanztomographie zur Laser-induzierten Thermotherapie
Anwendungsgebiete
Optimierung der Prozess- und Erfolgskontrolle
Habilitationsschrift

zur Erlangung der Lehrbefähigung für das Fach
Diagnostische Radiologie

vorgelegt dem Fakultätsrat der Medizinischen Fakultät Charité der Humboldt-Universität zu Berlin
von

Herrn Dr. med. Christian Stroszczynski ,
geboren am 18. Dezember 1966 in Wiesbaden

Berlin, 01. November 2001

Präsident: Prof. Dr. rer. nat. J. Mlynek


Dekan: Prof. Dr. med. J. W. Dudenhausen

Gutachter:
Prof. Thelen, Institut für Radiologie Universität Mainz
Prof. Post, Chirurgische Klinik Universitätsklinikum Mannheim

Öffentlicher Vortrag und Habilitation am 02. 07. 2002

Vortrag: „Die Magnetresonanztomographie mit Eisenoxidpartikeln zur Diagnostik von Lebertumoren“

Zusammenfassung

Thermoablationsverfahren werden in der klinischen Routine zur Therapie bei Patienten mit primären Lebertumoren und Lebermetastasen eingesetzt, bei denen von einer Operation abgesehen wird. Die laserinduzierte Thermotherapie (LITT) ist ein minimal invasives radiologisches Verfahren zur perkutanen Tumorablation. Mit der Magnetresonanztomographie (MRT) am Hochfeldtomographen (1.5 Tesla) steht eine radiologische Methode mit der Option einer präzisen Prozesskontrolle der Thermoablation und einer suffizienten Erfolgskontrolle zur Verfügung. Ziel dieser Arbeit war es, im Tierexperiment die Anwendung der LITT zur Ablation von Pankreasgewebe zu erproben, das Potenzial der MRT für die Prozesskontrolle der LITT am Pankreas zu bestimmen und neue MRT-Sequenzen mit neuen Kontrastmitteln für die Optimierung der Erfolgskontrolle zu erforschen. Die LITT am Pankreas im Rahmen einer Pilotstudie an 15 Läuferschweinen war perkutan komplikationsarm durchführbar, generalisierte Pankreatitiden oder Blutungen traten nicht auf. Die qualitative Prozessbeobachtung mittels thermosensitiver Sequenzen zeigte eine hohe Übereinstimmung zwischen magnetresonanztomographisch dokumentierten Thermoeffekten und histopathologisch verifizierten thermisch induzierten Nekrosen. Die Untersuchung und invasive Kalibrierung verschiedener Messmethoden in vivo zur quantitativen MRT-Thermometrie ergab Vorteile für den Einsatz der Protonenresonanzfrequenz-Methode. Zur Optimierung der Erfolgskontrolle nach LITT von Lebergewebe im Tierexperiment sowie klinisch bei Lebermetastasen wurden die MRT-Kontrastmittel Gadomesoporphyrin, Eisenoxid und Gadobutrol erprobt. Mittels Spätaufnahmen 6 - 18 h post injectionem wurden mit Gadobutrol thermisch induzierte Nekrosen präzise visualisiert.

Schlagwörter:
Lebermetastasen, Pankreaskarzinom, Magnetresonanztomographie, Laserinduzierte Thermotherapie, Interventionelle Radiologie, Thermoablation, Thermometrie, Spätenhancement

Abstract

Thermoablation of primary liver tumors and liver metastases is widely used in patients without surgical options. The laser-induced thermotherapy (LITT) is a minimal invasive radiologic procedure for percutaneous tumor ablation. With high field magnetic resonance imaging at 1.5, monitoring of thermoablation and visualization of thermal induced ablation zones can be performed precisely. Aim of this work was to investigate the feasibility of MR-guided LITT of pancreatic tissue and to optimise the contrast between thermal induced lesions, residual tumor and normal tissue after LITT procedure.
MR-guided LITT was feasible in 15 female pigs, generalized pancreatitis or bleeding did not occur. MR monitoring by thermosensitive sequences precisely visualized thermal induced ablation zones verified by histopathologic examination. Best results of MR thermometry (thermo-mapping) were obtained by proton resonance frequency method. Gadolinum- mesoporphyrine, superparamagnetic iron oxides (SPIO) and gadobutrol were used to optimise ablation control. Late enhanced imaging 6 - 18 hours after injection of gadobutrol precisely visualized thermal induced necrosis.

In conclusion, percutaneous MR guided LITT of pancreatic tissue of female pigs was feasible and monitoring of thermoablation could be performed accurately. In contrast to other imaging methods, MR using new contrast agents enables accurate visualization of thermal induced necrosis.

Keywords:
Liver metastases, pancreatic cancer, magnetic resonance tomography, interventional radiology, thermoablation, thermometry, late enhancement


Seiten: [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159]

Inhaltsverzeichnis

TitelseiteEinsatz der Magnetresonanztomographie zur Laser-induzierten Thermotherapie Anwendungsgebiete Optimierung der Prozess- und Erfolgskontrolle
1 Problemstellung
2 Grundlagen
2.1Laser-induzierte Thermotherapie (LITT)
2.1.1Biologische Effekte des Lasers
2.1.2Applikationssystem
2.1.3Klinische Anwendungen der Laser-induzierten Thermotherapie
2.1.4Rationale für die Erprobung der LITT beim Pankreaskarzinom
2.2Prozesskontrolle
2.2.1Magnetresonanz-Thermometrie (MRTh)
2.2.2Sonographische Prozesskontrolle
2.3Erfolgskontrolle der LITT
3 Anwendung der LITT am Pankreas (Tierexperiment)
3.1Material und Methodik
3.1.1Evaluation perkutaner Techniken
3.1.2MRT-gestützte Prozessbeobachtung
3.1.3Verlaufsbeobachtung und histopathologische Korrelation
3.2Ergebnisse
3.2.1Evaluation perkutaner Techniken
3.2.2MRT-gestützte Prozessbeobachtung
3.2.3Verlaufsbeobachtung und histopathologische Korrelation
3.3Diskussion: Klinischer Einsatz der LITT bei Pankreastumoren
3.3.1Wahl der radiologischen Methode
3.3.2Durchführbarkeit verschiedener perkutaner Techniken
3.3.3Reaktion des normalen Pankreasgewebes auf die LITT
3.3.4MRT-gestützte Prozessbeobachtung
3.3.5Klinische Anwendungen lokaler Ablationsverfahren beim Pankreaskarzinom
3.3.6Ausblick:
Klinischer Einsatz der LITT zur Behandlung von Pankreastumoren
4 Prozesskontrolle
4.1Tierexperimente zur Magnetresonanzthermometrie
4.1.1Material und Methoden
4.1.2Ergebnisse
4.1.3Diskussion
4.1.4Ausblick
4.2Klinische Evaluation der sonographischen Prozesskontrolle
4.2.1Material und Methoden
4.2.2Ergebnisse
4.2.3Diskussion
5 MRT-Erfolgskontrolle mit neuen Kontrastmitteln
5.1Material und Methoden
5.1.1Tierexperimentelle Vorversuche
5.1.1.1Vorversuch 1: Histopathologische Korrelation
5.1.1.2Vorversuch 2: Gadolinium-Mesoporphyrin (Gd-MP)
5.1.1.3Vorversuch 3: Hochdosiertes Gadobutrol (Gadovist®)
5.1.1.4Vorversuch 4: Gadobutrol und Ferucarbotran (Resovist®)
5.1.2Klinische Evaluation von Gadobutrol
5.2Ergebnisse der klinischen Evaluation
5.3Diskussion
6 Zusammenfassung
Bibliographie Literatur
Danksagung
Selbständigkeitserklärung

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Gewebeeffekte der Laser-induzierten Erwärmung in Abhängigkeit von der Temperatur
Tabelle 2: Tierexperimentelle Studie zur LITT des Pankreas bei 15 Hausschweinen: Verteilung der Applikationstechnik, der Laserleistung, der Zugangswege und der Pankreasregion.
Tabelle 3: Vergleich der Abbildung thermisch induzierten Läsionen und thermischer Schäden extrapankreatischer Strukturen in der MRT mit der Histopathologie.
Tabelle 4: Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR) des Pankreas zur thermisch induzierten Läsion in der MRT während, unmittelbar postinterventionell und 7 Tage nach LITT.
Tabelle 5: Patientendaten
Tabelle 6: Vergleich der MRT mit den histopathologischen Befunden bei thermisch induzierten Nekrosen nach LITT im Tierexperiment.
Tabelle 7: Patientendaten
Tabelle 8: Charakteristik und Signalintensität (SI) der thermisch induzierten Läsionen (n=18) in der MRT bei Patienten mit malignen Lebertumoren
Tabelle 9: Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis (CNR) des Zentrums und des Randes der thermisch induzierten Läsionen (TIL) bei 12 Pat. mit Lebertumoren

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Nd: YAG-Laser zur Laser-induzierten Thermotherapie
Abb. 2a: Diffuser Applikator, ungekühlt
Abb. 2b: Zebra-Applikator
Abb. 2c: Intern gekühlter Applikator
Abb. 2d: Flexibler Applikator
Abb. 3a: Kommerziell erhältlicher intern wassergekühlter Applikator. Die Einbringung erfolgt über eine bildgestützt im Tumor platzierte Schleuse, die nach dem Vorschieben des Katheters reponiert wird.
Abb. 3b: Interventionstisch mit Katheterset.
Abbildung 4 :CT-gestützte Platzierung zweier intern gekühlter Applikatorsysteme.
a) und b) zeigen die intraläsionale Platzierung zweier Applikatoren. Die voraussichtliche Ablationszone ist rot eingezeichnet. c) Seitliches Topogramm. d) Koronare Rekonstruktion. Zur Anhebung des Kontrastes wurden die Katheter passager mit Röntgenkontrastmittel gefüllt.
Abbildung 5: Einsatz der MRT Prozesskontrolle zur LITT einer Lebermetastase
Die temperatursensitive T1-w Gradientenechosequenz zeigt den stark hypointensen Thermoeffekt. Präkaval besteht ein nicht erhitzter Residualtumor (offener Pfeil), so daß eine Positionskorrektur erforderlich ist. Der dünne Pfeil skizziert den Katheterverlauf.
Abbildung 6: Sonographische Prozesskontrolle während der LITT einer Lebermetastase.
Subcostales Sonogramm (B-Bild, 3.5 MHz) der Leber während der LITT bei einem schlanken Patienten. Der Pfeil markiert den hyperechogenen intern gespülten Laserkatheter. Lotrecht zum Applikator entwickelte sich ein scharf umgrenzter, hyperechogener Thermoeffekt.
Abbildung 7: Erfolgskontrolle nach LITT einer Lebermetastase Postinterventionelle CT nach Bolusinjektion von 100 ml Iopromid.
Typische Laser-induzierte Nekrose in den Segmenten V und VI ohne Zeichen einer residualen Perfusion.
Abbildung 8: Typische MRT-Morphologie einer Metastase vor und nach LITT in der T2-w Spinechosequenz. T
2-gewichtete Spinechosequenz bei einer Patientin mit Lebermetastasen eines Mammakarzinoms. Links stellt sich eine Metastase prätherapeutisch hyperintens dar, die postinterventionelle Aufnahmen rechts zeigen eine hypointense Laser-induzierte Nekrose.

Abb. 9a:
Craniale Schicht durch das Pankreas. Der Blockpfeil markiert den relativ kleinen Pankreaskopf.
VL: Vena lienalis
A: Aorta
VP: Vena portae
VC: Vena cava (inferior)
Abb. 9b: Mittlere Schicht: Der Blockpfeil markiert das Pankreas, die Vena mesenterica superior (VMS) ist relativ kaliberstark und verläuft medial des Pankreas.
AMS: Art. mes. superior
Abb. 9c: Weiter caudal ist das Pankreas nicht vom Duodenum abzugrenzen (Blockpfeile).
Abb. 10a: CT-gestützte Punktion der Zielregion mit der 21 G Chiba-nadel. Die Nadelspitze tritt einige Millimeter über das Pankreas (Korpusregion weißer Pfeil) hinaus. Beachtenswert ist der prall gefüllte Magen (blaue Markierungslinie) des Versuchstieres trotz eintägiger Nahrungskarenz.
Abb. 10b: Nach Platzierung des Führungsdrahtes durch die Chibanadel wird diese entfernt und die Schleuse bis zur Drahtspitze vorgeschoben. Die Kontroll-CT zeigt die intrapankreatische Lage der Schleuse.
Abb. 10c: Über die Schleuse erfolgt die Platzierung des Thermokatheters. Anschließend erfolgt die Repo-sition der nicht thermoresistenten Schleuse (Pfeil deutet Bewegungsrichtung an). Zur besseren Visualisierung des Teflonkatheters wurde für die Aufnahme ein Positionierungsstab eingeführt.
Abb. 11a: Seitlicher Zugang, das Tier liegt auf der rechten Seite. Der Thermokatheter wurde mit Gd-DTPA gefüllt, um die Richtung des Applikators zu demonstrieren (weißer Pfeil).
Links: Das Pankreas ist durch offene Pfeile (links) markiert (A: Aorta, C: Vena cava inferior, P: Vena portae).
Rechts: Nach LITT über 10 Minuten mit 5 W zeigt sich eine durch die Erhitzung bedingte Reduktion der Signalintensität, die auf den Pankreaskörper begrenzt ist (kleine Pfeile).
Abb. 11b: Das Verlaufs-MRT (post-KM, T1-w SE, coronale Schnittrichtung) sieben Tage später zeigt eine ovale hypointense Nekrose (Pfeil, links), die ausschließlich im Pankreaskorpus lokalisiert ist. Die Sektion zeigt eine helle umschriebene Nekrose (kleines Bild, Pfeile).
Abb. 11c: Typisches histologisches Bild der thermisch induzierten Läsion des Pankreas sieben Tage nach LITT. Es bestehen eine umschriebene zentrale Nekrose (N), umgeben von einem Saum mit Granulozyten und Makrophagen (GM), anliegenden Fibroblasten (F) und normalem Pankreasgewebe (P) (Hematoxylin-Eosin-Färbung, Vergrößerung 62.5: 1).
Abb. 12a: Die transversale T1-w SE (nach i.v. Gd-DTPA und oralem Ferumoxil) zeigt ein hyperintenses Pankreas (P) und eine hypointense Nekrose (Pfeile).
Abb. 12b: Auf den transversalen T2-w SE stellt sich die Nekrose mit einem sehr signalreichen Zentrum und einem schmalen hyperintensen Saum, der dem Granulationsgewebe entspricht, dar (Pfeile). Beachtenswert ist die enge topographische Beziehung zum Duodenum und Jejunum.
Abb. 12c: Transversale Schnitte durch das Pankreas (P) zeigen nach Fixierung mit Formalin die Läsion mit einem relativ schmalen Rand (Die Nekrosezone ist mit Pfeilen markiert, S: Milz). Duodenum und Jejunum waren bei der Sektion unauffällig.
Abb. 13a: Transversale native FLASH Sequenzen vor der LITT, anteriorer Zugang. Zwei von drei Kathetern sind auf der Schicht erfaßt (weiße Pfeile). Die Positionskontrollen wurden zur Vermeidung von Suszeptibilitätsartefakten entfernt. Der Pankreasschwanz ist im Vergleich zum Fettgewebe und der Milz hyperintens (kleine schwarze Pfeile). Die kleine Luftblase, die zufällig durch die Intervention eingebracht wurde, markiert die Grenze zwischen Pankreas und peripankreatischem Gewebe (offener Pfeil).
Abb. 13b: Transversale thermo-FLASH 9 Minuten nach Beginn der kontinuierlichen Applikation der Laserleistung von 3 x 5 W. Die Zone im Pankreas mit einem thermo-induzierten SI-Abfall ist durch einen Stern markiert. Weiterhin sind extrapankreatische Thermoeffekte sichtbar (Pfeile).
Abb. 13c: Die T1-w SE (transversale Orientierung) sieben Tage nach LITT zeigt eine große hypointense Pseudozyste mit Beteilung des umgebenden Gewebes dorsal des Pankreas (Pfeil, die thermische Schädigung der Milz ist nicht mit abgebildet)
Abb. 13d: Makroskopische Ansicht des behandelten Pankreas mit Schnittführung durch die Pseudezyste (Stern) und erkennbarer Mitbeteilung des peripankreatischen Gewebes und der Milz.
Abbildung 15: Thermoeffekt während der LITT des Pankreas.
Kontinuierlicher Abfall der Signalintensität während der LITT auf der T1-w Gradientenechosequenz (thermoFLASH). Der Pfeil markiert eine Fehlregistrierung aufgrund eines Bewegungsartefakts. VP: Vena portae, VC: Vena cava.
Abbildung 14: Skizze des Versuchsaufbaus
Abb. 16a: T1-w Bild vor Beginn der Laseranwendung. Der Laser-applikator (großer Pfeil sowie die Temperatursonde (kleiner Pfeil) sind als hypointense Linien im Pankreas erkennbar.
Abb. 16b: Verlauf der im Pankreas fluoroptisch gemessenen Temperatur. Für den Vergleich mit den MRTh-Messungen wurde jeweils über den schnellen Abfall der direkt gemessenen Tempera-turen gemittelt. Nach Beendi-gung der LITT über 15 Minuten erfolgte der charakteristische Temperaturabfall bis auf den Ausgangswert von 37° C.
Abbildung 17: Vergleich der Empfindlichkeit der verschiedenen T1-w Messungen.
Vergleich des prozentualen Signalintensitätsabfalls (DSI) der drei T1-Wichtungen (themoFLASH, T1w04, T1w10) mit der invasiv gemessenen Temperaturdifferenz. Die lineare Regressionsanalyse zeigt, dass der Temperaturkalibrierfaktor DSI/DT für die thermoFLASH höher ist als T1w04 und T1w10, d.h. dass die thermoFLASH am sensitivsten Temperaturänderungen erfaßt.
Abb. 18a: Diese MAPS wurden generiert nach Kalibrierung der verschiedenen MRTh -Methoden (T1-Methode, Protonenresonanzfrequenz (PRF) und komplexe Differenz (CD)). Das linke Bild zeigt den Versuchsaufbau der Kalibrierung. Nach kontinuierlicher Applikation von 5 Watt über 10 Minuten ex vivo müßte eine ideale MR Thermometrie halb-elliptische Isothermen (hier als gelbe und grüne Linie skizziert) zeigen. Für die T1w, PRF und CD sind von links nach rechts die berechneten Isothermen für ?T von 20°C (innen gelegen) und 30°C (außen gelegen) dargestellt. Die Kalibrierung erfolgte mit den aus den einzelnen ROI´s ermittelten Temperaturkalibrierfaktoren (DSI/DT), die für jede der Methoden die engste Korrelation mit dem fluoroptisch gemessenen Temperaturverlauf aufwiesen. In Kenntnis der idealen (halb-elliptischen) Form der Isothermen um der Laserkatheter (linkes Bild) zeigen diese Aufnahmen, dass die T1-Methode die reale Temperaturverteilung ungenauer abbildet als die PRF und die CD.
Abb. 18b: Hier wurden die Isolinien des Korrelationskoeffizienten r = 0.9 mit dem Temperatur-Kalibrierfaktor (Regressionsgeradenabfall DSI/DT) überlagert. Es ergibt sich eine auf den Laserapplikator bezogene Symmetrie sowohl bei der DSI/DT-Verteilung als auch bei den r-Isolinien. Anhand der r-Isolinien läßt sich ebenfalls die Robustheit der Methoden gegenüber dem Rauschen zeigen. Auch hier zeigt sich die erhöhte Anfälligkeit der T1-Methode: Es gibt nur kleine Bereiche, die enger als mit r = 0,9 mit dem fluorooptisch gemessenen zeitlichen Temperaturverlauf korrelieren. Bei der PRF-Methode, und noch ausgeprägter bei der CD-Methode, sind die Areale mit dieser hohen Korrelation viel größer.
Abb. 19a: Morphologische Basis der sekundären Bildbearbeitung (bereits demonstrierte Lage des Laserapplikators (großer Pfeil) und der Temperatursonde (kleiner Pfeil)
Abb. 19b: Da invasiv nur punktuell die Temperaturmessung möglich ist, erfolgten Maps der Parameter der linearen Regression zwischen dem zeitlichen Verlauf der chemischen Verschiebung der PRF (TE=10ms) und dem fluoroptisch gemessenen Temperaturverlauf. Eine hohe Dichte mit Pixeln mit r < -0.9 (gelb und rot) besteht in der Region der Thermoablation
Abbildung 20: Vergleich der Robustheit der drei MRTh-Methoden.
Die Abbildung zeigt gleiche Ausschnitte aus den Maps des Regressionsgeradenanstiegs mit überlagerten Isolinien für einen Korrelationskoeffizienten r > 0,8 für die T1w10- (a), PRF10- (b) und CD10-Methoden. Die T1-w zeigt nur eine kleine Isolinie, einer schlechteren Korrelation entsprechend. Die Isolinie der PRF umfährt das größte Areal als Zeichen einer besseren Robustheit. Da die CD-Methode auf der Grundlage der Werte aus der PRF- und T1w-Methode basiert, besteht eine durch ihren T1w-Beitrag bedingte höhere Anfälligkeit gegenüber Fehlregistrierungen im Vergleich mit der PRF.
Abbildung 21: Abhängigkeit der Empfindlichkeit der T1-Methode für die Erfassung der Temperaturänderung von der Echozeit
Links: Verlauf des prozentualen Signalverlusts (signal change, DSI) in den T1-w Aufnahmen während der LITT über 15 Minuten. Die gelbe Linie kennzeichnet den Abbruch der LITT, die rote Linie den (punktuell) invasiv gemessenen Temperaturverlauf. Die blauen Linien zeigen den Signalverlust eines registrierten und eines nicht-registrierten Pixels auf den T1w04 Aufnahmen, die grünen Linien repräsentieren T1w10. DSI ist für T1w04 ist geringer als für T1w10, dies ergibt auch der Vergleich zwischen DSI und der Temperatur (rechts).
Abbildung 22: Berechnung der Genauigkeit der Methoden T1w, PRF und CD für die Thermometrie am Pankreas.
Diese Konvergenzdarstellung demonstriert die Güte der Korrelation des MR-Signals aller 29 Volumenelemente (VOI) der 6 verschiedenen Methoden zur MR-Thermometrie.(Y-Achse: Korrelationskoeffizient r, exakte Übereinstimmung bei r = 1 oder r = -1). Es fällt auf, dass mittels PRF10 und CD10 eine Reihe von VOI´s mit guter Korrelation (r>0,8 bzw r < -0.8) registriert wurden.
Abbildung 24: Fusion des thermometrischen Maps mit einer konventionellen T1-w Gradientenechosequenz.
Die mittels der PRF-Methode bei einer Echozeit von 10 ms angefertigten Aufnahmen zeigen quantitativ die lokale Temperaturverteilung unter der Laserapplikation des Pankreasschwanz (großer Pfeil). Maximal wurden über 80°C erreicht (rot codierte Areale). Die anatomische Detailerkennbarkeit ist hingegen erheblich schlechter als auf den Einzelabbildungen. Zur besseren anatomischen Orientierung wurde deshalb die Farbabbildung mit einer T1-w Gradientenechosequenz fusioniert. Die kleinen Pfeile markieren Bewegungsartefakte des Darmes durch Peristaltik und Pulsationsartefakte entlang der Phasenkodierrichtung als mögliche Fehlerquellen der Thermometrie.
Abb. 25a: CT-gestützte Positionierung eines intern gekühlten 9 F Applikators in eine subkapsulär gelegene Filia eines Liposarkoms (Nr I). Für die simultane Behandlung einer weiteren Filia wurde ein weiterer Applikator (II) anguliert eingebracht.
Abb. 25b: Die transversale B-Bild Sonographie zeigte den Applikator in der Metastase positioniert (Start).
5 Minuten nach der kontinuierlichen Applikation von 30 W bestand ein echoarmer Rest (Pfeile).
Nach 15 Minuten erfolgte die Umwandlung der Echogenität (nun hyperechogener Thermoeffekt).
Abb. 25c: Die magnetresonanz-tomographische Erfolgskontrolle nach LITT (T1w FLASH) nach Kontrastmittelapplikation ergibt Zeichen einer vollständigen Ablation der Filia.
Abbildung 26: Abhängigkeit der Ausdehnung des Thermoeffektes von der Zeitdauer der Lasereinwirkung (Leistung 8.3 W - 10 W) über 15 min.
Abb. 27a: CT-gestützte Einbringung des Katheters bei einer Lebermetastase eines kolorektalen Karzinoms im Segment 6.
Abb. 27b: Sonographische Prozess-kontrolle der LITT (transversale Orientierung, Applikatorspitze: schwarzer Pfeil). Nach erster Laserapplikation (10W / cm, 15 min) besteht ein sichelförmiger echoarmer Rest (weiße Pfeile).
Abb. 27c: Nach Zurückziehen des Applikators um 2 cm und erneuter LITT komplette Ablation der Metastase, dokumentiert in der Kontroll-MRT (Gd-DTPA-gestützte T1w-Aufnahme) 24 h post interventionem.
Abb. 28a: B-Bild-Sonographie mit hyperechogenem Thermoeffekt während der LITT (5 Minuten nach kontinuierlicher Applikation von 30 Watt).
Abb. 28b: Umschriebene Flusssignale in der Powerdopplersonographie, die auf die hyperechogene Zone begrenzt bleiben.
Abbildung 29: Lineare Regressionsanalyse zwischen der Ausdehnung des hyperechogenen Thermoeffektes und der Nekrose in den postinterventionellen MRT (r = 0.85).
Abbildung 30: Schema zur sonographischen Prozesskontrolle.
Trotz Variation der Position des Schallkopfes ist der dem Zentrum / dem Leberhilus zugewandte Anteil der Läsion nicht vollständig einsehbar.
Abbildung 31: In vivo Experiment: Nekrose 7 Tage nach LITT einer Schweineleber.

Oben: Das Makropräparat zeigt nach Fixierung in Formalin eine bräunliche Nekrosezone umgeben von einem hellen bizarr konfigurierten Areal mit durch Gefäßthrombosen induzierter Leberverfettung und Infarzierungen. (Fotomontage der Histologie in die Abbildung).

Unten: Die Hematoxylin-Eosin Färbung (Vergrößerung 10: 1) zeigt einen typischen Zielscheiben-förmigen Aufbau mit normalem Lebergewebe (L), einem schmalen Rand mit Granulationsgewebe (G) und zentraler Nekrose (N).
Abbildung 32: MRT und histopathologische Korrelation der induzierten Nekrose in einer Schweineleber 7 Tage nach LITT (in vivo Experiment). Schnittführung lotrecht zum Applikatorverlauf.
Oben: Die T2-w Aufnahmen zeigen einen hyperintensen Rand der Läsion aufgrund einer höhereren Konzentration wassergebundener Protonen in der Zone mit Granulationsgewebe und Begleitödem. Fotomontage der Histologie in die Abbildung.
Unten: Auf der kontrastmittelgestützten T1-w Aufnahme (FLASH) 60 Sekunden p.i. ist die Läsion hypointens und kleiner (3,1 cm vs. 2,4 cm).
Abb. 33a: Positive Kontrastierung der induzierten Nekrose (weißer Pfeil) zum gesunden Lebergewebe 18 Stunden p.i. auf T1-w Aufnahmen (transversale FLASH). Die Läsion ist angedeutet zielscheibenartig, im Zentrum und am medialen Rand besteht ein weniger ausgeprägtes Enhancement (schwarzer Pfeil).
Abb. 33b: Die Fotographie des Präparates zeigt eine thermisch induzierte Läsion mit einer zentral hellbraunen Koagulationszone und peripher rötlicher, offenbar perfundierter Areale.
Abbildung 34: MRT in transversaler Orientierung (T1-w) während simultaner LITT einer Leber in vivo im Tierexperiment (Schwein) sowie postinterventionelle Gadobutrol-gestützte Aufnahmen (5 min und 6 h p.i.).
Links: Während der LITT zeigt sich angedeutet ein Thermoeffekt auf den thermoFLASH Aufnahmen bei 5 W (ventraler Applikator) und eine deutliche Signalreduktion bei 8 W (dorsaler Applikator). Mitte: Unmittelbar nach Bolusinjektion von Gadobutrol stellen sich die induzierten Läsionen hypointens in den T1-w Aufnahmen (FLASH) dar, während sie auf den Spätaufnahmen (18 h p.i.) hyperintens sind (rechts).
Abbildung 35: T1-w Aufnahmen (FLASH) der Leber nach LITT mit 20 W.
In den nativen Aufnahmen (rechts) ist die Läsion nur angedeutet erkennbar. Homogen hypointense Läsion 3 min. nach Gadobutrol (Mitte). Zielscheiben-artige positive Kontrastierung des Randes in den Spätaufnahmen 6 h p.i. bei residualem Enhancement der Leber (links).
Abbildung 36: Zusätzliche Kontrastanhebung zweier thermisch induzierter Nekrosen der Leber (durch weiße Pfeile markiert) durch Resovist.
Transversale T1-w Sequenz (FLASH) vor (links) und 60 min. nach (rechts) Ferucarbotran: Die Abbildung links zeigt die bereits durch eine vorangegangene i.v. Administration von hochdosiertem Gadobutrol (s. Vorversuch 2.2.) positiv kontrastierten Nekrosen. Nach zusätzlicher Gabe von Ferucarbotran besteht eine Verbesserung des Kontrastes aufgrund der physiologischen Speicherung des Kontrastmittels in der Leber bei Aussparung der LITT-Nekrose. Der schwarze Pfeil zeigt eine Lebervene als repräsentatives Gefäß für die paradoxe Wirkung von Ferucarbotran in Blutgefäßen (dort SI Anstieg). In den Nekrosen ergab sich analog zu den Referenzgeweben (z. B. Fettgewebe der Bauchhaut) keine Aufnahme der Eisenpartikel.
Abbildung 37: Verlauf des CNR zwischen normalem Lebergewebe und der thermisch induzierten Läsion (TIL) nach Gadobutrol. Das Signalverhalten von Zentrum und Rand der TIL divergierte ab der 4. Stunde post injectionem.
Abbildung 38: Früh- und Spätaufnahmen (FLASH) nach LITT eines erneuten Rezidives einer metachronen Leberfilia bei einem Patienten (55 J) mit kolorektalem Karzinom und vorangegangener Hemihepatektomie linksseitig.
Die Schnittführung ist parallel zu dem Applikatorverlauf (parasagittal). Zeichen einer kompletten Ablation der Filia im Segment 8.
Links: Auf den nativen Aufnahmen (T1 plain) stellt sich die Läsion annähernd isointens dar.
Mitte: Auf den Frühaufnahmen (T1 early) zeigt sich die hypointense Nekrose (geschlossene Linie) mit reaktiver Hyperperfusion (hyperintense Zone, gestrichelte Linie).
Rechts: Hyperintense Nekrosezone auf den Spätaufnahmen (T1 late), die deckungsgleich ist mit der Nekrosezone in der Frühphase.
Abbildung 39: 81-jähriger Patient mit kolorektalem Karzinom und zweier Rezidiv-Leberfiliae (blaue Pfeile) nach atypischer Leberresektion.
Typisches MRT zweier abladierter Metastasen (grüne Sterne) 24 h nach LITT und nach Bolusinjektion von Gadobutrol. Links: Auf den frühen FLASH-Aufnahmen besteht ein breiter hyperintenser Saum (blaue Pfeile) um das abladierte, signalarme Gewebe, vorrangig bedingt durch reaktive Hyperperfusion, jedoch kann hier eventuelles residuales Tumorgewebe nicht ausgeschlossen werden. Rechts: 6 Stunden p.i. verzögertes Enhancement der Ablationszone bei Normalisierung der Signalintensität des umliegenden Lebergewebes ohne Anhalt für residuales Tumorgewebe. (Violetter Stern: Suszeptibilitätsartefakte durch Metallclips).
Abb. 40a: FLASH-Aufnahmen. Nach Bolusinjektion ist die hypointense Nekrose auf den Frühaufnahmen (oberes Bild) gut abgrenzbar, der Residualtumor (Pfeil) ist jedoch isointens zum gesunden Lebergewebe. Auf den Spätaufnahmen ist die Nekrose kontrastreich abgebildet zu der mäßig signalgebenden Leber und dem hypointensen Residualtumor.
Abb. 40b: Die anchließende superselektive Chemoembolisation belegt aufgrund der spezifischen Einlagerung des Lipiodolhaltigen in den Tumorgefäßen das Vorliegen eines Residualtumors.
Abbildung 41: Hypothese zur histopathologischen Lokalisation des protrahierten Enhancements in thermisch induzierten Nekrosen mit Fotomontage der am Rand der Läsion angenommenen histologischen Architektur.
Die postulierte Zuordnung der verschiedenen histologischen Zonen zu der Lokalisation des Enhancements auf der Gadobutrol-Spätaufnahme (T1-w) ergibt sich indirekt aus dem Vergleich mit den T2-w und den frühen KM-gestützten Aufnahmen.
Abb. 42a: Auf den T2-w Aufnahmen sind die Nekrosen isointens zu Lebergewebe, das Granulationsgewebe stellt sich wahrscheinlich aufgrund des erhöhten Anteiles an wassergebundenen Protonen (Granulozyten und Begleitödem) signalreich dar.
Abb. 42b: Auf den T1-w Spätaufnahmen wird die Nekrose homogen signalreich oder zielscheibenartig mit hyperintensem Rand abgebildet.
Abb. 42c: Die Bildüberlagerung der T2-w Aufnahme und der T1-w Spätaufnahme zeigt, dass die Laser-induzierte Läsion auf den T2-w Aufnahmen etwas größer ist.
Abb. 42d: Während die Nekrose auf den T1-w Frühaufnahmen (vaskulär-interstitielle Phase) hypointens ist, stellt sich das umliegende Lebergewebe aufgrund der Anreicherung partiell thrombosierter Gefäße und einer reaktiven Hyperperfusion hyperintens mit bizarr konfigurierter Begrenzung zum entfernteren Gewebe dar.
Abb. 42e: Abbildung der T1-w Spätaufnahme (identisch zu (b)) zur Veranschauung der identischen Größe der Läsionen in den T1-w Früh- und Spätaufnahmen
Abb. 42f: Fusion aus T2-w und T1-Früh- und Spätaufnahmen (T2-w > T1-w früh und T1-w spät)

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Wed Nov 6 9:33:42 2002