Licenta(completa) [308803]

PROIECT DE DIPLOMĂ

Ablație Tumorală Prin Radiofrecvență

Student: [anonimizat]-Mihaela Roman

Conducător Științific: Prof. Dr. Ing. Alexandru Mihail Morega

București

Iulie 2018

Cuprins:

Introducere

Capitol 1: Anatomia, fiziologia și patologia ficatului …………………………………..

Capitol 2: Ablația tumorală prin radiofrecvența ……………………………………………………

2.1 Istoric …………………………………………………………………………………………

2.2 Studii anterioare ………………………………………………………………………….

2.3 Discuție …………………………………………………………………………………………

Capitol 3: Instrumentație necesară în tehnica RFA (Ablația tumorală prin radiofrecvență) ………………………………………………………………………………………………………..

3.1 Discuție …………………………………………………………………………………………

3.2 Concluzii ………………………………………………………………………………………..

Capitol 4: Construcția imagistică a ficatului ………………………………………………………………

Capitol 5 : Modelarea încălzirii ficatului în cazul ablației hepatocitare ………………………

5.1 Rezultate …………………………………………………………………………………………

Concluzii …………………………………………………………………………………………………………………..

Bibliografie

INTRODUCERE

Această lucrare raportează rezultate de simulare pe baza radio frecvenței (RF), [anonimizat] o [anonimizat]. Studiul de caz presupune existența unui carcinom hepatocelular (HCC) (de 2 cm în diametru) , ce necesită a fi îndepărtat prin încălzirea peste limita fiziologică a viabilității. [anonimizat].

[anonimizat], pentru vasele de sânge mari și ramificațiile de ordinul I respectiv, [anonimizat].

Ablația tumorii este o tehnică importantă în tratamentul unei varietăți de tumori. Natura minimă invaziva și succesul său tehnic au sporit relevanța sa clinică și au făcut-o o [anonimizat]. [anonimizat] a avea abilități de tratament pe scara largă. [anonimizat]. Dacă urmează a [anonimizat] .

După cum s-a [anonimizat]. [anonimizat]

-40 ° C sau mai mare de 60 ° C [anonimizat] [1].

Celulele tumorale sunt în general mai sensibile la încălzire decât celulele normale datorită variațiilor sensibilității la hipoxie tisulară și pH.

Temperaturile ușor mai mari de -40 ° C sau mai puțin de 60 ° C pot provoca, de asemenea, distrugerea țesutului, însa sunt necesare perioade mai lungi de tratament. Ablația hipertermică dorește să determine necroza acută a coagulației în țesutul vizat.

La temperaturi de până la 41 ° C, vasele de sânge se dilată, determină creșterea fluxului sanguin, iar răspunsul la șoc termic este inițiat .

Răspunsul șoc termic este un proces de exprimare a genei rapide care urmărește combaterea daunelor induse termic.

Aceasta include producerea de proteine ​​de șoc termic, care poate conferi rezistența termică crescută în țesuturi care supraviețuiesc deteriorării termice inițiale.

De la 42 ° C – 46 ° C, leziuni ireversibile apar, și după 10 minute, necroza semnificativă are loc. De la 46 ° C – 52 ° C, timpul de moarte celulară scade datorită unei combinații de tromboză microvasculară, ischemie și hipoxie. La temperaturi destul de ridicate (> 60 ° C), proteinele se denaturează și membrană plasmatică se topește astfel încât moartea celulelor să fie aproape instantanee.

CAPITOL 1: ANATOMIA , FIZIOLOGIA ȘI PATOLOGIA FICATULUI

Ficatul este un organ, parte a aparatului digestiv, ce este prezent la majoritatea animalelor superioare. Acesta are numeroase funcții în organismul uman, în special în metabolism. Fiind un organ găsit doar în vertebrate, acesta , detoxifică diferiți metaboliți, sintetizează proteinele necesare digestiei.

La om, se află în cvadrantul superior al abdomenului, sub diafragmă fiind marcat în Fig 1.1 prin culoarea roșie . Alte roluri ale sale în metabolism includ reglarea depozitării glicogenului, descompunerea celulelor roșii din sânge și producerea hormonilor.

Ficatul omului este un organ de culoarea roșie-închisă, ce cântărește 1,5 – 2 kg, fiind cel mai greu organ al corpului uman [2].

Ficatul este o glandă digestivă auxiliară care produce bilă, un compus alcalin care ajută la diminuarea grăsimii.

Ficatul omului este un organ de culoarea roșie-închisă, ce cântărește 1,5 – 2 kg, fiind cel mai greu organ al corpului uman.

Acesta realizează o serie de funcții și anume :

Funcția metabolică se ocupă de sinteza colesterolului, fosfolipidelor, lipoproteinelor și a lipidelor ; participă în metabolismul glucidelor și proteinelors ; sinteza unor elemente ale sângelui, precum albuminele, globulinele, și antitrombina.

Funcția secretorie constă în producerea bilei. Bila este produsul alcalin al ficatului, având rolul de a neutraliza acidul gastric în surplus, înainte de a se vărsa în duoden. Sărurile biliare elimină diverși potențiali microbi din alimentele noastre zilnice, datorită faptului că sunt bactericide.

Funcție imunizantă presupune: neutralizarea corpurilor externi din organism, în special a toxinelor, jucând astfel un rol important în imunitatea corpului.

Funcție excretorie ce este reprezentată de descompunerea hemoglobinei.

Ficatul este dependent și de alte funcții precum depozitarea numeroaselor vitamine ca vitamina A , vitamina B12 și o serie de microelemente esențiale.

ALCĂTUIREA ȘI PROPRIETATEA DE REGENERARE :

Ficatul, spre deosebire de alte organe, este capabil să se regenereze. Este alcătuit din 3 trei lobi mai importanți, doi lobi în față, unul mai mare și unul mai mic de aproximativ cinci ori (care prezintă doi noduli de dimensiuni mai mici atașați) și încă un lob în spatele celor doi (în cavitatea abdominală) care prezintă vene ce dau impresia unei segmentări a lobului, în patru lobi de dimensiuni mai mici [2].

În prezent, nu există nici o modalitate de a compensa absența funcției hepatice pe termen lung, deși tehnicile de dializă hepatică pot fi utilizate pe termen scurt. Ficatul este conectat la două vase de sânge mari: artera hepatică și vena portă. Artera hepatică transporta sânge bogat în oxigen din aorta, în timp ce vena portă transportă sânge bogat în nutrienți digestivi din întregul tract gastrointestinal, precum și din splina și pancreas. Aceste vase de sânge se împart în capilare mici, cunoscute ca sinusoide hepatice, care apoi conduc la un lobule.

Lobulii sunt unitățile funcționale ale ficatului. Fiecare lobul este alcătuit din milioane de celule hepatice (hepatocite) care sunt celule metabolice de bază. Lobulii sunt ținuți împreună printr-un strat dens de fibroelastică netedă, neregulată, care se extinde din capsula fibroasă ce acoperă întregul ficat, cunoscut sub numele de capsulă Glisson. Aceasta se extinde în structura ficatului, însoțind vasele de sânge (venele și arterele), conductele și nervii de la nivelul hlului hepatic. Întreaga suprafață a ficatului, cu excepția suprafeței goale, este acoperită cu un strat seros derivat din peritoneu, iar acesta aderă ferm la capsula interioară a lui Glisson [2].

Patologia ficatului :

Boli ale ficatului sunt : Ciroza ; Hepatita A; Hepatita B; Hepatita C; Maladia lui Wilson; Cancer al ficatului

Tumorile hepatice sunt unele dintre cele mai frecvente tumori. Dintre tumorile maligne primare hepatice cele mai frecvente sunt carcinoamele hepatocelulare, care survin în majoritatea cazurilor pe ficat cirotic .

Ficatul este cel mai frecvent organ în care apar metastaze din cancere cu altă localizare. Rezecția chirurgicală (Îndepărtare pe cale chirurgicală a unui țesut sau organ, parțial sau în totalitate) și transplantul hepatic sunt la momentul actual singurele metode terapeutice curative pentru carcinoamele hepatocelulare [6].

Din nefericire mai puțin de 30% din pacienți sunt eligibili pentru rezecție, datorită invaziei tumorale avansate sau cirozei asociate. Morbiditatea și mortalitatea sunt în procent de 10-30% pentru pacienții care suferă carcinoame hepatocitare.

Rezultatele postoperatorii atesta recidivarea frecventă a carcinomului hepatocelular (cel puțin 75% ), datorită caracterului său , fapt ce necesită tratamente repetate .

Supraviețuirea paciențior ce suferă o astfel de intervenție este de până la 5 ani de 25-50% . Rezecția chirurgicală va rămâne unul dintre tratamentele standard pentru metastazele hepatice, fiind printre singurele metode demonstrate cu potențial și respectiv rezultat curativ [7].

Cele mai frecvente metastaze hepatice sunt cele din cancerele colorectale, care survin în marea majoritate pe ficat normal. La momentul diagnosticului 25% din pacienții cu cancer colorectal prezintă metastaze hepatice, iar alți 25% le vor dezvolta ulterior. Supraviețuirea la 5 ani după rezecția metastazelor hepatice din cancerul colorectal este de 20-40% [7].

În prezent modalitățiile folosite includ: transplantul hepatic pentru carcinoamele hepatocelulare de dimensiuni mici grefate pe ciroză, chimioterapia sistemică și regională, iradierea intraarterială cu itriu-90 și tehnicile de ablație locală.

CAPITOL 2: ABLAȚIE TUMORALĂ PRIN RADIOFRECVENȚĂ

Scopul studiul prezent : constă în evaluarea prospectivă a eficientei terapiei cu microunde si radiofrecventã la pacientii cu tumori hepatice maligne.

Ablația tumorală este cel mai bun tratament pentru pacienții cu tumori mici, de maxim 3 cm, care nu au indicație de rezecție sau transplant hepatic.

Ablația tumorală se realizează prin metode chimice care folosesc etanolul pur sau acidul acetic și prin mijloace fizice (radiofrecvența, microunde, crioterapie).

Ablația prin radiofrecvență (RFA) este recunoscută ca tratament minim invaziv pentru carcinomul hepatocelular (HCC) . Scopul ideal al RFA pentru HCC este obținerea unui volum de ablație reproductibil care cuprinde tumora, înconjurată de o marjă a parenchimului hepatic [8].

Pașii critici în atingerea acestui obiectiv sunt: poziționarea corectă a electrodului în funcție de algoritmul de ablație planificat și obținerea unui volum constant de ablație. În RFA, medicul poziționează acul electrodului în centrul tumorii sub îndrumarea ultrasunetelor. Cu toate acestea, ablația insuficientă poate apărea atunci când volumul de ablație este mai neregulat sau mai mic decât ne așteptăm a fi [9].

Metoda incipientă a procedurii:

Injectarea de etanol a dat cele mai bune rezultate la tumorile de maxim 2 cm.Peste aceste dimensiuni eficacitatea tratamentului scade. Pentru tumorile localizate în vecinatatea ductelor biliare sau a vaselor mari, alcoolizarea tumorală rămâne procedura terapeutica cea mai indicată.

Injectarea se face cel mai frecvent percutanat, sub ghidaj ecografic și uneori se poate asocia cu rezecția, ablația cu radiofrecvență sau cu chemoembolizarea.

Procedura utilizată:

Hipertermia se realizează prin metode fizice: microunde, radiofrecvență, ultrasunete, laser, radiații electromagnetice. Sensibilitatea celulelor la hipertermie este aceeași atât pentru celulele tumorale cât și pentru celulele sănătoase, spre deosebire de sensibilitatea la ischemie. De aceea căldura trebuie aplicată numai la nivelul tumorii, pentru a nu distruge parenchimul sănătos.

Modul de lucru:

Sondele de hipertermie sunt implantate în centrul nodulului tumoral.

Căldura emisă, de electrod , se distribuie uniform sub forma unei sfere în țesutul adiacent.Volumul înglobat în această sferă este necrozat. Necroza trebuie să cuprindă toată tumora și o zonă de siguranță oncologică de 1 cm de țesut sănătos peritumoral.

Decizia de ablație prin hipertermie a tumorilor hepatice este luată de către o echipa multidisciplinară formată din gastroenterologi, oncologi, chirurgi generaliști, chirurgi toracici, radiologi, ecografiști, radioterapeuți.

2.1 – ISTORIC

Descrierile egiptene și grecești ale practicii medicale în antichitate sunt cele mai vechi dovezi ale tratamentului prin căldură a tumorilor – cauterizarea tumorilor superficiale.

Undele de radiofrecvență și microundele nu produc prin ele însele nicio leziune tisulară. La trecerea prin țesuturi a curenților alternativi cu frecvență de 200-1200 kHz și respectiv 300 MHz-300 GHz, moleculele polare – cum este molecula de apă – se orientează conform polarității câmpului. Agitația moleculelor polare indusă de câmpul electric alternativ generează prin frecarea lor pierderi dielectrice – căldură dielectrică/frecare.

Căldura degajată determină desicarea (eliminarea apei dintr-un corp) țesuturilor din jurul electrodului, cu evaporarea apei intracelulare și necroză de coagulare.

Extensia și natura leziunilor produse de căldură depinde de doi factori: temperature cât și durata de aplicare a radiațiilor electromagnetice.

Leziunile termice ale țesuturilor vii încep la 42șC. Timpul de expunere letală la această temperatură este de 3-50 ore, în funcție de țesutul interesat. La temperaturi peste 43șC, timpul de expunere letală scade exponențial: la 46șC este de 8 min, iar la 50șC de numai 4-5 min. La temperaturi peste 60șC moartea celulară este inevitabilă, prin leziunile ireversibile imediate ale enzimelor mitocondriale și citoplasmatice, ca urmare a denaturării termice a proteinelor.

Încălzirea rapidă a țesuturilor peste 100șC are dezavantajul creșterii bruște a impedanței tisulare datorită carbonizării, având drept consecințe limitarea propagării căldurii și a necrozei de coagulare . Celulele maligne sunt mai sensibile la leziunile prin hipertermie decât celulele normale [11] .

Efectele biologice ale radiațiilor electromagnetice au fost constatate încă de la începuturile producerii si utilizării acestei forme de energie. Aplicațiile terapeutice ale radiațiilor electromagnetice au fost pentru prima dată expuse de către Tesla în 1898 .

McGahan și colaboratorii au introdus prima generație de electrozi monopolari în 1990 și au demonstrat că leziunile hepatice pot fi distruse cu ajutorul curenților de radio-frecvență. Distrucția tumorilor hepatice cu ajutorul microundelor a fost posibilă doar după producerea în 1979, de către echipa japoneză condusã de Tabuse si colaboratori, a unui electrod de mici dimensiuni. Prima serie clinică raportată a fost a lui Seki si colaboratorilor săi în 1994 [12].

2.2 – STUDII ANTERIOARE

Metastazele hepatice din carcinomul colorectal sunt cele mai importante cauze ale morbidității și mortalității legate de cancer în Vest. Marea majoritate a pacienților cu metastaze la nivelul ficatului colorectal se prezintă cu o boală inoperabilă, în timp ce rezecția chirurgicală completă rămâne singurul tratament curativ al pacienților cu boală, limitată la ficat.

Deși în zilele de astăzi chimioterapia sistemică poate îmbunătăți timpul mediu de supraviețuire și calitatea vieții pentru unii pacienți, supraviețuirea pentru pacienții nerezidenți, peste 5 ani , este mai puțin frecventă .

Tradițional, limitele la rezecția hepatică au fost depășite progresiv în chirurgia hepatică și managementul postoperator al pacientului permite o rezecția de până la 80% din parenchimul hepatic funcțional cu o mortalitate de 5% sau mai puțin în centrele majore.

Principalele obstacole în calea rezecției complete la majoritatea pacienților care prezintă metastaze hepatice colorectale, sunt reprezentate de necesitatea de a trata bolile bilobare sau voluminoase și necesitatea de a lăsa suficient parenchim rezidual hepatic funcțional după rezecție pentru a susține funcția hepatică după operația de hepatectomie.

Strategii menite să crească proporția pacienților care sunt candidați pentru tratamentul chirurgical complet în combaterea metastazelor hepatice, sunt în curs de dezvoltare.

Chimioterapie neoadjuvantă, embolizarea preoperatorie a venei porte , rezecția de gradul doi etape abordări ce contribuie, la o creștere a numarului de pacienții care pot suferii un tratament curativ. În ciuda acestor strategii inovatoare, marea majoritate a acestor pacienți doar cu metastaze hepatice din carcinom colorectal nu sunt candidați pentru rezecție chirurgicală completă.

Pentru a completa strategiile rezecționale atunci când rezecția completă a tuturor metastazelor nu este posibilă, un număr de tehnici ablative ale tumorii au fost explorate. În prezent, cea mai mult utilizată ,pe scara largă, este tehnica ablației tumorale pentru tratamentul metastazelor hepatice colorectale, ablație prin radiofrecventa (RFA), care s-a dovedit a fi sigură și fezabilă la pacienții cu tumori hepatice inoperabile [13].

Rezultatul după RFA este dificil de interpretat, deoarece majoritatea studiilor raportează o recurență per leziune mai degrabă decât per pacient, astfel obținând raportul rezultat pentru populații cu tipuri de tumori mixte, folosind diferite tehnici de ablație cu echipamente diferite.

Din păcate, până la 40% din leziuni recidivează și 12% din pacienți se constata că au recidivat într-un loc de aplicare al tratamentului , la numai 1 an după RFA. RFA combinată cu rezecția , a fost propusă ca o nouă opțiune pentru pacienții inoperabili. Astfel, RFA a fost rezervată ca instrument adjuvant al rezecției, atunci când nici o rezecție completă nu este posibilă [14].

2.3 – DISCUȚIE

Eficiența metodei este dovedită pentru hepatocarcinoamele de maxim 3 cm.Tumora poate fi abordată percutanat, laparoscopic sau prin laparotomie.

Rezultatele foarte bune sunt obținute prin hipertermia intraoperatorie, asociată cu manevra Pringle (clamparea pediculului hepatic).

Această manevră scade cantitatea de căldura preluată de vascularizația tumorală. Pentru tumorile cu dimensiunea sub 3 cm, rata de supraviețuire și rata recidivelor sunt similare rezecției hepatice.

Capitol 3: INSTRUMENTAȚIE NECESARĂ ÎN TEHNICA RFA

Comparație între diferite tipuri de electrozi extensibili de radiofrecvență în formă de umbrelă:

Unul dintre dispozitivele RF disponibile în comerț este reprezentat de sistemul RF 3000TM RFA (Boston Scientific Corporation, Natick, MA, SUA), utilizând un electrod extensibil în formă de umbrela .

Electrodul obișnuit (LeVeen eletrode) are o canula de 15 g și are 10 prize, acesta a fost primul care a devenit disponibil în comert, dar este mai gros și mai puțin ascuțit decât un alt dispozitiv RFA (electrod răcit intern, Radionics, Burlington, MA, SUA).

Doi noi electrozi extensibili în formă de umbrelă au devenit disponibili ca versiuni îmbunătățite; unul din ele, electrodul SuperSlim, are o canulă mai subțire și colți mai subțiri comparativ cu electrodul convențional , acesta a devenit disponibil în Japonia în Octombrie 2003.

Acesta permite o puncție ușoară în tumoare și poate reduce complicațiile severe, cum ar fi hemoragia . Celălalt, electrodul CoAccess, este utilizat în combinație cu un ac izolat coaxial, deși are aceleași grosimi ale canulei și colților, ca în cazul electrodului convențional LeVeen. A devenit disponibil în Japonia în August 2005.

Acul izolat coaxial cu ecartament de 14 mm permite o puncție ușoară și este extrem de cuspidat (terminație a vârfului ascuțită), datorită vârfului sau tăiat cu diamant, chiar dacă acul coaxial este de 3 ori mai gros decât cel al electrodului SuperSlim.

Deși ambii electrozi oferă puncție îmbunătățită comparativ cu electrodul convențional LeVeen, niciun studiu anterior nu a investigat efectul de ablație al celor doi electrozi [17].

Din figura 3.1 avem: (a) Electrod SuperSlim (3 cm). (b) Sistemul electrod CoAccess (3 cm) este format dintr-un electrod CoAccess (partea superioara) și acul izolat coaxial (partea de jos).(c) Vedere mărita a vârfului tăiat cu diamant al acului izolat coaxial

Un numar de algoritmi de ablație au fost propuși pentru obținerea unei ablații mai eficiente folosind acești electrozi , metoda de extindere în mai multe etape sau o ablație suplimentară cu putere redusă .

S-au investigat mărimea și configurația zonelor de ablație create de electrozii SuperSlim și CoAccess, folosind diferiți algoritmi de ablație în ficatul bovin ex vivo și în cazuri clinice.

3.1 – Discuție

În RFA, s-au dezvoltat mai mulți electrozi de ac, adică electrozii foarte fini ,unici expandați sau răciți ,în încercarea de a mări distanța de distrugere a țesuturilor, obținută cu o distribuție RF . Cu atât mai mult, optimizarea algoritmului pentru a obține un echilibru adecvat între dimensiunea, durata și precizia ablației este o cerință pentru dezvoltarea strategiilor raționale pentru ablația tumorii [19].

Pentru sistemul electrozilor extensibili, trebuie să luăm în considerare câțiva parametri, incluzând creșterile definite ale prelungirii tensiuinii, durata aplicării RF la fiecare extensie a tensiunii și creșterea frecvenței de alimentare cu RF. Algoritmul convențional și recomandat de producător pentru electrodul expandabil este combinația de dilatare în trepte, o alimentare RF incrementală (crescută în funcție de mărimea scalară la care ne referim) și o ablație suplimentară redusă .

Rezultatele studiului de îmbunătățire a instrumentelor folosite în RFA, arată că electrodul RF și selecția parametrilor pot influența zona și timpul de ablație. În cadrul setării clinice, se propune obținerea unei zone de ablație mare pentru a obține necroza tumorală completă, în timp ce se scade timpul de ablație, pentru a reduce durerea pacientului în timpul operațiunii. În studiul experimental, au fost comparați electrozii SuperSlim si CoAccess în ceea ce privește zona de ablație și timpul pentru a extinde timpul de aplicare al energiei RF la ficat, folosind mai mulți algoritmi de tratament.

În concluzie, prin compararea stărilor ablative realizate de electrozii SuperSlim și CoAccess în ex vivo ficat de bovine și cazuri clinice, s-a demonstrat ca zonele de ablație realizate de electrodul CoAccess au fost mai mari și mai uniforme față de cele obținute de electrodul SuperSlim, deși au necesitat un timp de ablație mai lung. Considerăm că electrodul CoAccess este mai util în comparație cu electrodul SuperSlim pentru obținerea necrozei tumorale complete [20].

3.2 – Concluzii

Cu cât este mai mare rata de recurență locală, rata de insuficiență intrahepatica este mai mare astfel asocierea unei rate de supraviețuire mai mică , cu rata globala de supraviețuire pentru pacienții tratați cu RFA, ca o componentă a terapiei comparate numai cu rezecția, nu a putut fi explicată prin diferențele în cazul pacientului cunoscut, tumorii primare, tumorii hepatice sau factorilor perioperatorii, care prezic reapariția și supravietuirea pentru pacienții tratați chirurgical pentru metastaze colorectale.

Cu toate că selectarea pacientului pentru RFA poate prejudicia analiza, selecția s-a bazat pe anatomie nu pe biologie, ca factori de risc cunoscuți în cazul supraviețuirii, ce nu au fost diferiți în rândul grupurilor studiate, însă supraviețuirea în cazul subgrupului de pacienți cu tumori solitare ce au fost tratate cu RFA s-au dovedit a fi mai mici decât, grupul tratat cu rezecție. Proliferarea tehnicilor de ablație, cum ar fi RFA pentru tratamentul tumorilor hepatice metastatice , a precedat din păcate, analiza rezultatelor pentru modalitatea de tratament. Propunerea pentru un studiu aleator, care să compare RFA cu rezecția pentru metastazele hepatice colorectale potențial resectabile, trebuie să fie luată în calcul pe baza datelor deja existente [21].

Rezecția chirurgicală este considerată tratamentul de elecție pentru pacienții cu tumori hepatice maligne primare sau secundare, dar este posibilă la un număr restrâns de pacienți. La pacienții care nu sunt candidați la rezecție din diverse motive și care îndeplinesc criteriile de selecție pentru ablație locală, se poate recurge la distrucția prin microunde sau radiofrecvență. Metodele de distrucție prin hipertermie au avantajul unui număr redus de complicații și a unei mortalități aproape nule.

Rezultatele privitoare la obținerea necrozei tumorale complete, recidivele locale și supraviețuirea la un an sunt încurajatoare. Rămân de perfecționat modalitățiile tehnice de realizare ale ablației prin microunde și radiofrecvență.

Se așteaptă rezultatele unor studii aleatoare pe serii largi de pacienți pentru a demonstra curativitatea metodei și a stabili dacă în anumite situații aceasta constituie o alternativă a rezecției chirurgicale. Metodele de ablație hipertermică pot fi folosite ca “bridging therapy” în așteptarea transplantului hepatic.

În urma studiilor efectuate se constată că este nevoie de o temperatură ridicată pentru distrugerea celulelor cancerigene, aproximativ 50-60ș C. Această temperatură compensează pierderile de căldură cauzate de circulația sanguină. O temperatură mai mare de 100ș C duce la carbonizarea celulelor.

Pentru distrugerea adecvata a țesutului tumoral, întregul volum țintă trebuie să fie supus la temperaturi citotoxice. Astfel, un obiectiv esențial al terapiei ablative este realizarea și menținerea de temperaturi fixe și constante în, întregul volum țintă.

În Fig. 3.5 avem : (A) Chirurgul care lucrează împreună cu tehnicianul de la ultrasunete. (B) Introducerea a 3 antene . S-a efectuat hidrodisecția înainte de ablație.

CAPITOLUL 4 : CONSTRUCȚIA IMAGISTICĂ A FICATULUI

ȘI A TUMORII

Domeniul fizic – Etape Construcție Imagistică

Pentru construcție imagistică am utilizat software-ul SolidWorks ce este un program de proiectare asistată de calculator (CAD) și inginerie asistată de calculator (CAE), care rulează pe Microsoft Windows. SolidWorks este un modelator (solid) care utilizează o abordare parametrică bazată pe trăsături ce a fost inițial dezvoltată de PTC (Creo / Pro-Engineer) pentru a crea modele și ansambluri.

Features (caracteristicile) – se referă la blocurile componente ale piesei in cazul nostrum ale organului. Ele sunt formele și operațiile ce ajută la construirea piesei respective organului . Caracteristicile de forma încep de obicei , cu o schiță 2D sau 3D a unor forme, cum ar fi găuri, orificii etc. Această formă este apoi extrudată sau tăiată pentru a adăuga sau îndepărta materialul din piesă. Caracteristicile ce țin cont de operații nu sunt bazate pe schițe și includ caracteristici cum ar fi fileturi, șuruburi, șanfrene (tăieturi oblice ale muchiilor unei piese metalice), aplicând schița pe fețele unei piesei.

Pentru realizarea Sketch-ului s-a ales opțiunea 3D Sketch. S-a realizat Sketch-ul 3D în front plane, top plane și right plane , impunându-se o origine drept punct de plecare , în conceperea organului de interes. Folosind comanda Line s-a început trasarea formei organului de interes și anume a ficatului.

Prin opțiunea Features – Reference Geometry – Plane s-au creat diverse plane ce au fost organizate astfel încât să fie paralele la o distanță impusă, unul față de celălalt.

Etapa finală de construire a fost realizată prin folosirea opțiunii Features – Lofted Boss/Base , cu ajutorul căreia s-au selectat planele necesare pentru conceperea unui Sketch 3D.

După finalizarea construcției in SolidWorks s-au implementat in Comsol atât organul de interes, tumora , cât si trocarul .

În Comsol pentru a obține o vedere bună a fuzionării celor 3 corpuri se vor folosi comenzile Comsol – Geometry – SCALE și Comsol- Geometry -MOVE astfel reușind să colocăm atât trocarul cât și tumora într-o poziție favorabilă .Folosind comanda TRANSPARENCY se obține o vedere mai bună în interiorul ficatului.

Etapa 1

Etapa 2

Etapa 3

Etapa 4

Etapa 5

Etapa 6

Implementarea in Comsol s-a făcut luând în considerare faptul că atât trocarul cât si tumora, în momentul introducerii în ficat , nu trebuie sa atingă pereții acestuia. De asemenea trebuie sa se ia în considerare ca nici tumora sa nu atingă electrozii trocarului, pentru a evita diferite erori posibile la introducerea parametrilor acestora , în rezolvarea problemei.

CAPITOLUL 5: MODELAREA ÎNCĂLZIRII FICATULUI ÎN CAZUL ABLAȚIEI HEPATOCITARE

Modulele folosite pentru acestă modelare poartă denumirea de Bioheat Transfer , Electric Currents si Heat Transfer in Solids (Joule Heating) . Având în vedere faptul că noi ne dorim obținerea unor date cât mai apropriate de realitate s-a folosit Ecuația Biocăldurii (Bioheat Equation), prin această ecuație ținându-se cont de modificarea căldurii în funcție de valorile termice ale țesuturilor. Acestă lucrare presupune studiul fenomenelor de conducție și convecție.

Lucrarea are analiză de tip tranzitoriu, datorită conducției termice ce se realizează în timp. Prin folosirea acestui model vom concluziona în ce măsură va influența ablația tumorală, țesutul neafectat din jurul tumorii.

Modelul fizic – Modelul Matematic

Se folosește ecuația biocăldurii deoarece ficatul este considerat a fi omogen.

Ecuația Biocăldurii este dată de relația:

δts Cp + (k) = bCb b(Tb – T) + Qmet +Qext

Unde:

Cp – capacitatea termică [J/(kg*K)];

t – timpul [s];

T – temperatura țesutului [K];

Tb – temperature sângelui [K];

k – conductivitatea termică [W/(m*K)];

b – densitatea sângelui [kg/m3];

b – rata de perfuzare a sângelui [1/s];

Cb – căldura specifică a sângelui [J/(kg*K)];

Qmet – căldura metabolică [W/m3];

Ecuația Transferului de căldură (Heat Transfer) prin conducție este dată de următoarea relație:

δts Cp + (k) = Q

Unde:

δts – coeficient de scalare al timpului ;

– densitatea de masă [kg/m3];

Cp – capacitatea termică [J/(kg*K)];

– variația temperaturii în volumul de țesut ;

k – conductivitatea termică [W/(m*K)];];

k – fluxul ;

T – temperatura [K];

De unde reiese , Legea Fourier dată de relația:

q = – k

Fenomenul de Conducție presupune transferul căldurii (energia internă) prin ciocniri microscopice ale particulelor și mișcarea electronilor în interiorul unui corp. Obiectele care se ciocnesc microscopic, care includ molecule, atomi și electroni, transferă energia cinetică și potențială microscopică dezorganizată, cunoscută ca fiind energie internă.

Conducția are loc în toate fazele materiei, incluzând solide, lichide, gaze. Rata la care energia este condusă drept căldură , între două corpuri este o funcție a diferenței de temperatură (gradient de temperatură) dintre cele două corpuri și a proprietăților mediului conductiv prin care se transferă căldura. Conducția termică a fost denumită inițial difuzie. Conducția reprezintă transferul căldurii prin contact direct. Se face trecerea de căldură de la un corp mai cald către un corp rece.

Fenomenul de Convecție presupune transferul de căldură datorat mișcării în vrac (mișcare granulară) a moleculelor în fluide, cum ar fi gazele și lichidele, inclusiv roca topită. Convecția are loc prin advecție, difuzie sau ambele.

Inginerii și oamenii de știință folosesc software-ul pentru analiza elementelor finite (FEA) pentru a construi modele predictive ale diferitelor scenarii din lumea reală. Utilizarea software-ului FEA începe cu un model de proiectare asistată de calculator (CAD), ce reprezintă părțile fizice simulate, precum și cunoașterea proprietăților materialelor și limitelor aplicate. Aceste informații permit anticiparea comportamentului din lumea reală, adesea cu niveluri foarte precise de acuratețe.

Precizia, care poate fi obținută din orice model FEA (Finite Element Analysis) este direct legată de mesh-ul elementului finit care este utilizat. Meshul de elemente finite este folosit pentru a împărții modelul CAD în domenii mai mici numite elemente, pentru care se rezolvă un set de ecuații.

Aceste ecuații reprezintă aproximativ, ecuația de guvernare, de interes printr-un set de funcții polinomiale definite pentru fiecare element. Deoarece aceste elemente capătă dimensiuni din ce în ce mai mici, mesh-ul devine mai rafinat și soluția calculată se va apropia de soluția adevărată [26].

Acest proces de rafinare a mesh-ului este un pas cheie în validarea oricărui model de elemente finite și obținerea unui software de încredere, model și rezultat cât mai coerent.

După implementarea în Comsol prin opțiunea Component – Definitions se definesc variabilele pentru ficat, tumoră , electrozi, trocar tip și trocar base.

Pentru problema de Bioheat Transfer și Heat Transfer se vor folosi urmatorii parametrii:

Proprietățile termice ale țesuturilor sunt date de următorul tabel:

Tabel 5.1

Proprietățile trocarului sunt date de următorul tabel :

Tabel 5.2

REZULTATE

Pentru problema de Bioheat Tranfer (ht) s-a selectat domeniul cu ajutorul opțiunii Domain Selection pentru: electrozi, trocar tip și jumătate din trocar base.

Pentru Initial Values s-au selectat electrozii trocar tipul , jumătate din trocar base, ficat și tumoră. S-a impus o temperatură (User definer) de 310. 15 K= 37 grade Celsius , temperatură biologică.

S-a atribuit un Heat Source pentru Domain Selection: ficat, electrozi, trocar tip ,jumătate din trocar base și tumoră. De asemenea s-a ales drept material type , solid și s-a selectat pentru heat source = general source ec. Qrh (Volumetric loss Density= Desitate spațială)

Prin rezolvarea problemei de Bioheat obținem urmatoarele rezultate:

Distributia temperaturii biologice de 37 grade celsius pe suprafața ficatului.â

În urma studiului realizat s-a dorit observarea diferitelor variații ale temperaturii în jurul electrozilor trocarului cât și a trocar tipului la aceeași perioada de timp. Rezultatele obținute atestă faptul că, temperatură crește , volumul masic mărindu-se.

Cu cât volumul masic (portiunea galbenă) din jurul electrozilor și trocar tipului este mai mare cu atât temperatura este mai mică. Temperatura va crește cu cât se va întainta către electrozi si trocar tip.

Se poate observa faptul ca odată cu creșterea valorii temperaturii aceasta oscileaza , ca poziție, spre capetele trocarului.

Temperatura de 100 grade Celsius este notabilă la capetele electozilor ceea ce reprezită fenomenul de neccrozare a țesutului în acea zonă.

Pentru ca tumora să fie distrusă prin pocedeul de Hipertermie se observa alegerea unei temperaturi de 46 grade Celsius, aceasta temperatură fiind regasită în jurul electrozilor și a trocar tipului. Dacă este urmarit procedeul în detaliu se poate observa faptul ca temperatura în apropierea limitelor electrozilor ajunge la 83-102 grade Celsius.

Pentru problema de Electric Currents (ec) se vor folosi urmatoarele date :

Tabel 5.3

Pentru această problemă se va folosi o impedanță de referința notată cu Zref , cu o valoare de 50 de ohmi. Problema rezolvându-se pe întreg domeniul.

Se aplica izolare electrică (electric insulation) pe ficat si pe trocar base. Dupa care se aplică potențial electric (electric potenial) pe ficat , electrozi, trocar tip și tumoră, cu o valoare

V2= 0 V. Se va observa distribuția câmpului electric cu ajutorul potențialului electric. Potențialul electric este o mărime scalară ce caracterizeaza câmpul electric într-un anumit punct. Acesta este măsurat în Volți (V). Drept proprietate electrică a unui mediu s-a ținut cont de permitivitatea electrică ce se notează cu ε , acesta reprezentând raportul dintre inducția electrica (D) și intensitatea câmpului electric (E).

Se atribuie pentru fiecare componentă a trocarului Current Conservation.

Tabel 5.4

Pentru opțiunea de ground vom avea pentru Boundary Selection ficatul cu toate suprafeșele si jumătate din trocar base care a fost izolat și se află în exteriorul ficatului.

Pentru Electric Potential se vor face Boundary Selection doar pentru electrozi si trocar tip folosindu-se un electric potential Vo= 22V.

În rezultate se poate observa faptul că potențialul ajunge la o valoare de 22 V așs cum am presetat parametrii. Curentul distribuindu-se la nivelul electrozilor și a trocar tipului.

Problema de Heat transfer (ht2)

Pentru această problema s-au luat în calcul proprietățiile termice ale țesutului și rezultatele s-au realizat pe baza parametrului de Volum loss Density.

Drept Valoare Inițială (Initial Values) s-a realizat Selection Domain pentru all domains și s-a aplicat o temperatură T2 de 293.15 K. Izolarea termică se face pe ficat și pe jumătatea exterioară a trocarului.

Pentru Heat source s-a selectat General source și s-a definit Q0 ca fiind 0.

Se vor iniția două Heat Fluxuri. Primul are drept setări Convective Heat Flux pentru Heat Transfer Coefficient se notează cu h și este 5 W/(m2K). Pentru External Temperature s-a aplicat 100 K. Pentru cel de al doilea heat flux s-a atribuit prin opțiunea General Inward Heat Flux notată cu ρ0 , valoarea de 293.15 K.

Densitatea este definită ca fiind masa unității de volum. Aceasta este o mărime fizică ce reprezintă raportul dintre masă și volum. În Sistem Internațional este măsurată în kg/m3 .

Modificând prin opțiunea levels parametrul de Volum loss Density se poate observa faptul că mărind valorile levels-urilor Densitatea Spațială tinde de la boundaries către trocar . Într-un anumit punct de exemplu la o valoare de 20000000 levels se observa foarte puțin apariția acestui parametru la capetele electrozilor și pe tocar tip pe când la 30000000 levels este notabil doar la capetele electtrozilor.

Modificările de poziție, în volum , ale pierderii volumetrice a densității s-a realizat în funcție de variația valorilor opțiunii „Level” din setările Isosurface-ului. Pierderea densității volumetrice este redata cu o culoare Rainbow din opțiunea „Color table”.

Se observa că locația pierderii densității volumetrice se modifica prin schimbarea valorilor. Cu cât valorile sunt mai mari cu atât se pierde mai mult în jurul electrozilor trocarului.

Densitatea depinde de temperatură și de presiune. Modificarea densității se datorează în principal modificării temperaturii și presiunii prin dilatare termică, astfel modificându-se și volumul.

Se poate nota faptul ca în jurul electrozilor , a trocar tipului cât și a tumorii se acumulează un heat flux destul de mare în funcție de timp. Se observa că fluxul de căldură din jurul electrozilor se mărește volumetric.

Problema de damage tissue s-a realizat pentru a demonstra la ce temperatura ficatul prezintă comportări anormale, la nivelul țesutului.

Explicatii…..

Concluzii

Prin modelarea efectuată s-a realizat un studiu al încălzirii ficatului, supunându-l fenomenului de hipertermie. S-a creat un model și s-au aplicat parametrii necesari atât țesutului cât și instrumentului folosit în eliminarea tumorii (trocarului) astfel încât sa fie cât mai apropiați de realitate, ca geometrie și valori.

În urma studiilor efectuate se constată că este nevoie de o temperatură ridicată pentru distrugerea celulelor cancerigene, aproximativ 50 -60ș C. Această temperatură compensează pierderile de căldură cauzate de circulația sanguină.

O temperatură mai mare de 100ș C duce la carbonizarea celulelor.

Pentru distrugerea adecvată a țesutului tumoral, întregul volum țintă trebuie să fie supus la temperaturi citotoxice.

Astfel, un obiectiv esențial al terapiei ablative este realizarea și menținerea de temperaturi fixe și constante de întregul volum țintă.

Bibliografie

[1] Nikfarjam M, Muralidharan V, Christophi C. Mechanisms of focal heat destruction of liver tumors. J Surg Res. 2005:208–223. [PubMed: 16083756]

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Liver

[3] Sursă Fig 1.1 : https://ro.wikipedia.org/wiki/Ficat#/media/File:Gray1223.png

[4] Sursă Fig . 1.2: https://www.google.ro/search?rlz=1C1CHBF_roRO773RO773&biw=1366&bih=662&tbm=isch&sa=1&ei=yoYsW5dPIaqsAH04pC4Ag&q=liver+segments&oq=liver+segments&gs_l=img.3..0l3j0i30k1l7.2016.7576.0.7695.28.19.0.0.0.0.185.2009.14j5.19.0….0…1c.1.64.img..14.14.1511…0i19k1j35i39k1j0i30i19k1.0.DegnabkMayg#imgdii=cedtPN0VIJfgWM:&imgrc=AoKpZrzF7lX4dM:

[5] Sursă Fig 1.3: https://www.google.ro/search?rlz=1C1CHBF_roRO773RO773&biw=1366&bih=613&tbm=isch&sa=1&ei=eYssW9m5BoerswHXzau4Ag&q=liver+chronic+hepatitis&oq=liver+chronic+hepatitis&gs_l=img.3..0i8i30k1.17935.34645.0.34850.29.25.4.0.0.0.113.2245.16j7.23.0….0…1c.1.64.img..2.27.2266.0..0j35i39k1j0i67k1j0i30k1j0i19k1j0i8i30i19k1j0i30i19k1.0.qAI1a04JGuM#imgdii=3az5G5g2PumDaM:&imgrc=_nMqwMzen_eGmM:

[6] SOLBIATI, L., IERACE, T., TONOLINI, M., OSTI, V., COVA, L. – Radiofrequency thermal ablation of hepatic metastases. European Journal of Ultrasound, 2001, 13:149.

[7] GEORGIADES, C.S., RAMSEY, D.E., SOLOMON, S., GESCHWIND, J.F. – New nonsurgical therapies in the treatment of hepatocellular carcinoma. Tehniques in Vascular and Interventional Radiology, 2001, 4:193.

[8] Nakazawa T, Kokubu S, Shibuya A, et al: Radiofrequency ablation of hepatocellular carcinoma: correlation between local tumor progression after ablation and ablative margin. AJR 188: 480-488, 2007.

[9] Liu CH, Arellano RS, Uppot RN, Samir AE, Gervais DA and Mueller PR: Radiofrequency ablation of hepatic tumours: effect of post-ablation margin on local tumour progression. Eur Radiol 20: 879-885, 2009.

[10] Sursă Fig. 2.1: https://www.google.ro/search?rlz=1C1CHBF_roRO773RO773&biw=1366&bih=613&tbm=isch&sa=1&ei=HIwsW9eWA4KqswGg4JqwAQ&q=chemotherapy+liver+tumor&oq=chemotherapy+liver+tumor&gs_l=img.3…9068.9870.0.10028.6.6.0.0.0.0.94.448.5.5.0….0…1c.1.64.img..1.0.0….0.mgaf7Gd5kss#imgrc=BRzPDBZ6i71W1M:

[11] CURLEY, S.A. Radiofrequency ablation of malignant liver tumors. The Oncologist, 2001, 6:14.

[12] SEKI, T., KUBOTA, Y., WAKABAYASHI, M., KUNEIDA, K., NAKATANI, S., SHIRO, T. si colab. – Percutaneous trans-hepatic microwave coagulation therapy for hepatocellualr carcinoma proliferating in the bile duct. Dig Dis Sci, 1994, 39:663.

[13] Kianmanesh R, Farges O, Abdalla EK, et al. Right portal vein ligation:a new planned two-step all-surgical approach for complete resection of primary gastrointestinal tumors with multiple bilateral liver metastases. J Am Coll Surg. 2003;164–170.

[14] Pawlik TM, Izzo F, Cohen DS, et al. Combined resection and radiofrequency ablation for advanced hepatic malignancies: results in 172 patients. Ann Surg Oncol. 2003;10:1059–1069.

[15] Sursă Fig 2.3.1, 2.3.2 , 2.3.3: https://www.google.ro/search?rlz=1C1CHBF_roRO773RO773&biw=1366&bih=613&tbm=isch&sa=1&ei=JowsW7mDOsKhsgHW-4O4DQ&q=tumoral+ablation+by+radiofrecvency&oq=tumoral+ablation+by+radiofrecvency&gs_l=img.3…237479.284937.0.285193.61.57.0.0.0.0.130.4989.44j9.53.0….0…1c.1.64.img..10.26.2573.0..0j35i39k1j0i19k1j0i30i19k1j0i5i30i19k1j0i8i30i19k1j0i30k1j0i67k1j0i10k1j0i24k1j0i5i30k1j0i8i30k1.0.6aQqSx_1GQ0#imgrc=Za4AZgvOVMo7zM:

[16] Sursă Fig 2.3.4 : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4281168/

[17] Sursă Fig 3.1 : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3440824/

[18] Sursă Fig 3.2: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3440824/

[18] Sursă Fig 3.3: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3440824/

[19] Choi D, Kim SK, Lim HK, et al: Overlapping ablation using a coaxial radiofrequency electrode and multiple cannulae system: experimental study in ex-vivo bovine liver. Korean J Radiol 4: 117-123, 2003.

[20] Appelbaum L, Sosna J, Pearson R, et al: Algorithm optimization for multitined radiofrequency ablation: comparative study in ex vivo and in vivo bovine liver. Radiology 254: 430-440, 2010

[21] Matsumata T, Taketomi A, Kawahara N, et al. Morbidity and mortality after hepatic resection in the modern era. Hepatogastroenterology.1995;42:456–460.

[22] Sursă Fig. 3.2.1 : https://www.google.ro/search?rlz=1C1CHBF_roRO773RO773&biw=1366&bih=613&tbm=isch&sa=1&ei=04YsW7y_GYSTmgXgxZewAQ&q=ficat&oq=ficat&gs_l=img.3..35i39k1l2j0l8.621335.626885.0.627152.38.23.7.0.0.0.163.2048.8j11.19.0….0…1c.1.64.img..15.22.1728.0..0i67k1j0i30k1.0.BL58YG9kZag#imgrc=8rlGDaNJ9G_ikM:

[23] Sursă Fig. 3.2.2 : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4281168/

[24] Sursă Fig 4.1: https://www.google.ro/search?rlz=1C1CHBF_roRO773RO773&biw=1366&bih=662&tbm=isch&sa=1&ei=tcgsW8hLjdeTBeiiitgD&q=solidworks+sigla+2016&oq=solidworks+sigla+2016&gs_l=img.3…11402.12673.0.12928.5.5.0.0.0.0.68.311.5.5.0….0…1c.1.64.img..0.0.0….0.NZZmTpbgE9I#imgrc=UmnQxomSHVcXaM:

[25] Sursă Fig 4.2: https://www.google.ro/search?rlz=1C1CHBF_roRO773RO773&biw=1366&bih=662&tbm=isch&sa=1&ei=tcgsW8hLjdeTBeiiitgD&q=solidworks+sigla+2016&oq=solidworks+sigla+2016&gs_l=img.3…11402.12673.0.12928.5.5.0.0.0.0.68.311.5.5.0….0…1c.1.64.img..0.0.0….0.NZZmTpbgE9I#imgrc=ap3BeR3lcy3ELM:

[26] https://www.comsol.com/multiphysics/mesh-refinement