Interstitial Laser Thermotherapy of Liver Tumours. Methodology and Application

Abstract

Interstitial laser thermotherapy (ILT) is a method well suited for selective local destruction of malignant tumours. In the present work, a laser thermotherapy system based on feedback temperature control of energy delivery (through computerised feedback system) was developed. Temperature control was excellent in experiments without carbonization and with preserved light penetration, whereas temperature oscillations were large in experiments with carbonization and impaired light penetration. Using bare fibre, carbonization was seen in almost all experiments in vitro, regardless of output power (1-4 W) but only occasionally in vivo using 2 W. Treatment with a sapphire probe, representing a diffuser tip, gave carbonization at higher output powers (> 3 W in vitro, > 4 W in vivo). The bare fibre gave a steeper temperature gradient than the sapphire probe. In normal pig liver the volume of thermal damage was increased five times by occluding the blood flow to the liver during treatment. It was not possible to predict the size of thermal damage in normal pig livers using ultrasonography. The effect of different temperatures and different treatment times was studied in rats with transplanted liver tumours. It appeared that total tumour necrosis was obtained with a temperature of 54-61°C at the tumour margin and a treatment time of 30 min. In a subsequent study, ILT (46°C for 30 min) was based on these findings and compared with resection of the tumour-bearing liver lobe. There was no difference in local tumour control but the incidence and extent of intraabdominal spread was lower after ILT than after resection. ILT was used in patients with irresectable tumours, and problems concerned with monitoring of thermal damage and limited volume effect were identified.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Värmebehandling (termoterapi) av tumör baseras på kunskap om den celldödande effekten av värme. Den har begränsats av svårigheten att kontrollera temperaturutbredningen så att en selektiv och tillräcklig effekt erhålls, och detta gäller särskilt djupt belägna tumörer. Interstitiell laser termoterapi (ILT) med Nd:YAG laser är en ny behandlingsform, som ger de tekniska förutsättningarna för selektiv värmebehandling. Ljuset från en sådan laser kan ledas i böjliga kvartsfibrer direkt till vävnaden och ger god vävnadspenetration. Avsikten med ILT är att ge kontrollerad värmebehandling så att man får koagulering av vävnaden men inte karbonisering (förkolning), vilket ger dålig ljuspenetration. För kurativt syftande behandling är hypotesen att resultatet kan bli bättre än sedvanlig kirurgisk behandling genom att behandlingstraumat minskar och genom att specifika eller ospecifika immunologiska mekanismer aktiveras. I experimentella arbeten har vi utvecklat ett system för ILT som baseras på temperaturstyrd reglering av laserns uteffekt genom computerstyrd feedback. För temperaturmätning användes en eller flera termistorer. Detta system gav en skonsam och välkontrollerad termoterapi. Behandling som medförde karbonisering försämrade ljuspenetrationen och ledde till sämre temperaturreglering än behandling utan karbonisering. Så kallad konstgjord safirtipp kan anslutas till kvartsfiberns avslut för att öka den ljusutstrålande ytan. Risken för karbonisering minskade vid låg uteffekt och var mindre med safirtipp än med en enkel kvartsfiber. Undvikande av karbonisering ger möjlighet att utnyttja laserljuset för behandling med termoterapi i kombination med fotodynamisk behandling. Den värmeinducerade vävnadsskadans utbredning begränsas bl a av blodflödet i vävnaden. Effekten av blodflödesavstängning studerades i normal lever på gris. Volymen av vävnadsskadan ökade femfalt när leverns blodflöde stängdes av. Möjligheten att med ultraljudsundersökning under behandling förutsäga vävnadsskadans storlek studerades också i normal grislever genom att jämföra röntgenfyndet med den slutliga vävnadsskadan, bedömd mikroskopiskt. Vi kunde inte göra denna förutsägelse på ett tillförlitligt sätt och kunde därmed visa att den av många använda ultraljudsundersökningen måste ersättas med en annan metod för att säkra slutresultatet. ILT användes för att behandla patienter med cancer som inte var tillgänglig för sedvanlig kirrurgi; tumörerna var belägna i levern, bukspottkörteln, bröstkorgsväggen, bukväggen eller i lilla bäckenet. Behandlingen gav utbredda tumörnekroser och ofta även symtomlindring. Användande av ultraljud underlättade placeringen av laserfibrer och termistorer men inte bedömningen av vävnadsskadans slutliga storlek. Vi fann också att ett enfibersystem i de flesta fall ger för liten volymeffekt. Effekten av ILT på tumör studerades på råtta. Små bitar av ett dimethylhydrazine-inducerat adenocarcinom implanterades i den vänstra laterala leverloben. Behandlingen ägde rum några dagar senare när tumören uppnått en storlek av cirka 8 mm. Temperaturen kontrollerades på ett avstånd av 3 mm från tumörkanten genom att feedback termistorproben placerades där. I den första studien behandlades levertumören vid tre olika temperaturnivåer (43, 46 eller 50°C) eller med tre olika behandlingstider (10, 20 eller 30 minuter) vid en temperatur av 46°C. Effekten bedömdes 6 dagar efter behandlingen. För bedömning av tumörcellsviabilitet användes inmärkning av bromodeoxyuridin (immunhistokemisk metod). Behandlingen tycktes vara lokalt radikal hos samtliga de råttor som behandlats i 30 minuter, oberoende av temperaturnivå. Hos de råttor som behandlades i 10 eller 20 minuter var behandlingen inte lokalt radikal hos två av åtta vid 46°C eller hos två av åtta vid 46°C. Vi tolkade dessa resultat så att man bör behandla med 46°C (cirka 55°C i tumörkanten) under 30 min för att säkerställa lokalt radikal behandling. ILT-behandlingen i den följande studien baserades på dessa parametrar. I samma tumörmodell jämfördes ILT (46°C under 30 minuter) resektion av den tumörbärande leverloben, sham ILT, sham leverresektion och resektion av icke-tumörbärande leverlob. Förekomsten av lokalt recidiv och spridning utanför levern bedömdes efter 6, 12 eller 24 dagar. Antalet lokalrecidiv var lika i de grupper som behandlats med ILT eller resektion av tumörbärande leverlob (7 av 24 djur i vardera gruppen). Incidensen och graden av spridning till bukhålan var däremot lägre för djur som behandlats med ILT än för de djur som genomgått leverresektion. Resultaten i de andra grupperna talar för att den gynnsamma effekten av ILT, i jämförelse med resektion av tumörbärande leverlob, inte beror på ett mindre kirurgiskt trauma. Fortsatta studier syftar till att klarlägga mekanismerna bakom den gynnsamma effekten av ILT vad avser tumörspridning.

• author: Möller, Páll Helgi
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Docent Schröder, Tom, Helsinki University Hospital, Finland
• organization: Surgery (Lund)
• publishing date: 1997
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Surgery
• keywords: Resection, Liver, Neoplasm, Blood flow, Monitoring, Feedback control, Light penetration, Bare fibre, Sapphire probe, Nd:YAG laser, Interstitial thermotherapy, Hyperthermia, Surgery, orthopaedics, traumatology, Kirurgi, ortopedi, traumatologi
• in: Bulletin from the Department of Surgery, University of Lund
• volume: 109
• issue: ISRN: LUMEDW/MESL--1097--SE
• pages: 196 pages
• defense location: Lecture room 1, Central Building, Lund University Hospital, Lund
• defense date: 1997-05-17 09:15:00
• ISSN: 0346-5934
• language: English
• LU publication?: yes
• id: f99e50d3-3f93-4519-8787-471c95fd03e8 (old id 29684)
• date added to LUP: 2016-04-01 16:08:26
• date last changed: 2019-05-24 14:50:44