Simulationsmodell für die Radiofrequenzablation - Erweiterung für die klinische Anwendung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projektziel war die Integration der multipolaren Radiofrequenzablation (RFA) in eine vom Projektpartner MEVIS entwickelte Planungssoftware für die bipolare RFA. Das erste Ziel umfasste dabei die Integration der multipolaren RFA in das Planungstool, mit der Integration der entsprechenden multipolaren Generatortechnologien. Ein zweites Ziel war die Erweiterung des Planungstools für die verbesserte klinische Anwendung. Dafür sollte die elektrische Leitfähigkeit von humanem Tumorgewebe gemessen und anschließend dem segmentierten Tumorvolumen zugeordnet werden. Material und Methoden: Die vorbestehende Simulationssoftware für die bipolare RFA wurde auf Basis von rechnerischen Modellen auf die multipolare RFA erweitert. Die Validierung des Planungssystems erfolgte anschließend am Schweinelebermodell sowohl in Ex-vivo-Versuchen (ohne und mit definiertem Kühleffekt) als auch anhand von In-vivo-Versuchen. Um die Simulation auf die humane Anwendung zu erweitern wurde die elektrischen Leitfähigkeiten von chirurgisch entnommenen humanen kolorektalen Lebermetastasen sowie tumorfreiem Lebergewebe unmittelbar postoperativ bestimmt. Die bestehende Simulationssoftware konnte unter Berücksichtigung vaskulärer Kühleffekte und unter der Implementierung multipolarer Generatortechniken auf die multipolare RFA erweitert werden. Die Validierung der Simulationssoftware anhand der Ex-vivo- und In-vivo-Versuche erbrachte eine hohe Übereinstimmung von Simulation und tatsächlicher Ablation. Zudem wurde die Auswertung der CT-morphologischen Schnittbildgebung durch die Anwendung histologischer Verfahren zur exakten Bestimmung der Ablationsgrenzen entscheidend verbessert. Hinsichtlich der elektrischen Gewebeeigenschaften konnte gezeigt werden, dass die elektrische Leitfähigkeit für humane kolorektale Lebermetastasen signifikant höher ist, als für das tumorfreie Lebergewebe. Im Rahmen des Projektes konnten wir die multipolare RFA unter Berücksichtigung von vaskulären Kühleffekten erfolgreich simulieren. Durch die Vermessung der elektrischen Leitfähigkeit von humanem Tumorgewebe ist eine Übertragung der Simulation auf die klinische Anwendung möglich. Somit ist ein weiterer wichtiger Teilschritt zur präinterventionellen Planung einer multipolaren RFA am Patienten zur Therapie maligner Lebertumore erfolgt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Ablated object region determining apparatuses and methods, 2011, F50525 US
Altrogge, I, Kröger, T, Peitgen, H-O, Preusser, T
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„GPU-Based Real-Time Approximation of the Ablation Zone for Radiofrequency Ablation“, In: IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 17, 12, 1812-1821, 2011
Rieder C, Kröger T, Schumann C, Hahn H. K.
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„Software Tool for the Analysis of the Coagulation Zone from Multipolar Radiofrequency Ablation“, In: Proceedings of CURAC, 2012
Rieder C, Poch F, Tiesler H, Lehmann K, Preusser T
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“Measuring and optimizing results in multipolar RFA: Techniques and early findings in an experimental setting”, Clin Hemorheol Microcirc. 2014;58(1):77-87
Vahldiek JL, Lehmann KS, Poch F, Zurbuchen U, Kreis ME, Gemeinhardt O, Hamm B, Niehues SM
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“Value or waste: Perfusion imaging following radiofrequency ablation - early experience”, Clin Hemorheol Microcirc. 2015;61(2):323-31
Thieme SF, Vahldiek JL, Tummler K, Poch F, Gemeinhardt O, Hiebl B, Lehmann KS, Hamm B, Niehues SM
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„Ex Vivo Validation of a Numerical Simulation for Multipolar Radiofrequency Ablation“, In: Proceedings of CURAC, 2015 (Best Paper Award)
Rieder C, Ballhausen H, Poch F, Gemeinhard O, Lehmann K, Preusser T
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Determination of the electrical conductivity of human liver metastases: impact on therapy planning in the radiofrequency ablation of liver tumors”, Acta Radiol. 2016 Apr 6 [Epub ahead of print]
Zurbuchen U, Poch F, Gemeinhardt O, Kreis ME, Niehues SM, Vahldieck JL, Lehmann KS
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“Minimal vascular flows cause strong heat sink effects in hepatic radiofrequency ablation ex vivo”, J Hepatobiliary Pancreat Sci. 2016 Aug:23(8):508-16
Lehmann KS, Poch FG, Rieder C, Schenk A, Stroux A, Frericks BB, Gemeinhardt O, Holmer C, Kreis ME, Ritz JP, Zurbuchen U
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“The vascular cooling effect in hepatic multipolar radiofrequency ablation leads to incomplete ablation ex vivo“, Int J Hyperthermia. 2016 Jul 11:1-8
Poch FG, Rieder C, Ballhausen H, Knappe V, Ritz JP, Gemeinhardt O, Kreis ME, Lehmann KS
