Как работают устройства для абляции онкологических заболеваний: техническое объяснение
Введение
В условиях развития методов лечения рака малоинвазивные методы стали мощной альтернативой или дополнением традиционной хирургии, химиотерапии и лучевой терапии. Среди них **онкологическая абляция** выделяется как сложный подход, который точно воздействует на раковые клетки и уничтожает их, сводя к минимуму повреждение окружающих здоровых тканей. Это техническое объяснение направлено на демистификацию механизмов, лежащих в основе различных устройств для абляции онкологических заболеваний, предоставляя всесторонний обзор как пациентам, стремящимся понять варианты лечения, так и медицинским работникам, стремящимся углубить свои технические знания. Понимание сложной науки и техники, лежащей в основе этих устройств, имеет решающее значение для оценки их эффективности и потенциала в современной онкологии.
**Отказ от ответственности:** Эта статья предназначена только для информационных целей и не представляет собой медицинскую консультацию. Пациентам следует проконсультироваться с квалифицированными медицинскими работниками для диагностики, лечения и медицинских рекомендаций.
Наука, лежащая в основе абляции: общие принципы
По сути, абляция опухоли основана на индукции **клеточного некроза** — необратимой гибели клеток — внутри целевой опухоли. В первую очередь это достигается путем воздействия на раковые клетки экстремальных температур (чрезмерно высоких или низких) или путем нарушения их клеточной целостности нетермическими способами. Эффективность абляции зависит от достижения определенных цитотоксических порогов, которые делают раковые клетки нежизнеспособными.
Цитотоксические температуры: нагревание и охлаждение для разрушения клеток
<р>1. **Гипертермическая абляция (>60°C): коагуляционный некроз**. Методы гипертермической абляции используют интенсивное тепло для разрушения опухолевой ткани. Когда температура внутри ткани превышает 60°C, клеточные белки подвергаются быстрой денатурации, а плазматическая мембрана клеток плавится. Это приводит к мгновенной или почти мгновенной гибели клеток в результате процесса, известного как **коагуляционный некроз** [1]. <ул>Нетермическая абляция: необратимая электропорация (IRE)
Необратимая электропорация (IRE) представляет собой особый, якобы нетермический метод абляции. Вместо того, чтобы полагаться на экстремальные температуры, IRE использует сильные электрические токи для создания постоянных нанопор в клеточной мембране, что приводит к запрограммированной гибели клеток или **апоптозу** [6].
<ул>Основные методы абляции онкологических заболеваний: глубокий технический обзор
Под эгидой онкологической абляции подпадает несколько различных методов, каждый из которых использует уникальные физические принципы для разрушения опухоли.
А. Радиочастотная абляция (РЧА)
**Радиочастотная абляция (РЧА)** — один из наиболее распространенных методов термической абляции. Он создает локализованную электрическую цепь внутри тела, используя колебательный электрический ток для генерации резистивного нагрева в тканях, окружающих интерстициальный электрод [8].
<ул>Б. Микроволновая абляция (MWA)
**Микроволновая абляция (MWA)** использует электромагнитную энергию в микроволновом диапазоне (300 МГц–300 ГГц) для генерации тепла в тканях посредством **диэлектрического гистерезиса** [14].
<ул>С. Лазерная абляция (ЛА)
**Лазерная абляция (LA)**, также известная как интерстициальная термотерапия, индуцированная лазером (LITT), использует сфокусированный лазерный свет для генерации локализованного тепла и разрушения опухолевых клеток [29, 30].
<ул>Д. Высокоинтенсивный фокусированный ультразвук (HIFU)
**Фокусированный ультразвук высокой интенсивности (HIFU)** — это неинвазивный или минимально инвазивный метод, в котором используются высокофокусированные ультразвуковые волны для быстрого нагрева и разрушения целевой ткани [35].
<ул>Э. Криоабляция
Как обсуждалось в общих принципах, **криоабляция** разрушает опухоли, охлаждая их до цитотоксических температур. Современные устройства для криоабляции обычно используют **эффект Джоуля-Томсона** для достижения быстрого охлаждения [44].
<ул>Взаимодействие тканей и абляции: факторы, влияющие на эффективность
На успех и предсказуемость онкологической абляции существенное влияние оказывают сложные взаимодействия между энергией абляции и окружающей тканью. Несколько фундаментальных свойств тканей и физиологических факторов играют решающую роль:
А. Свойства тканей
<ул>Б. Скорость перфузии крови (эффект теплоотвода)
Одним из наиболее важных факторов, влияющих на термическую абляцию, является **эффект теплоотвода**, при котором соседние кровеносные сосуды рассеивают тепловую энергию, снижая эффективную температуру в зоне абляции. Этот эффект может привести к неполному разрушению опухоли, особенно для опухолей, расположенных вблизи крупных сосудов (>3 мм) [62].
<ул>С. Особенности тканей
<ул>Выбор модальности: выбор правильного инструмента
Выбор наиболее подходящего метода абляции имеет решающее значение для успеха лечения и зависит от нескольких факторов, включая размер опухоли, ее расположение, тип ткани и сопутствующие заболевания пациента.
<ул>Заключение
Устройства для абляции онкологических заболеваний представляют собой значительный прогресс в лечении различных видов рака, предлагая минимально инвазивные методы, которые могут точно нацеливаться на опухоли и уничтожать их. От термических механизмов радиочастотной, микроволновой и лазерной абляции до криоиндуцированного разрушения клеток и нетермической электропорации — каждый метод обладает уникальными техническими принципами, преимуществами и ограничениями. Сложное взаимодействие между энергией абляции и свойствами тканей в сочетании с такими факторами, как эффект теплоотвода, требует тщательного рассмотрения при выборе метода. По мере продолжения исследований и технологических достижений эти устройства, несомненно, будут играть еще более важную роль в улучшении результатов лечения пациентов и расширении терапевтического арсенала против рака. Постоянное развитие более эффективных, точных и универсальных технологий абляции открывает огромные перспективы для будущего онкологии. [74]
Ссылки
[1] Никфарджам М., Муралидхаран В., Кристофи К. Механизмы очагового теплового разрушения опухолей печени. J Surg Res. 2005: 208–223. дои: 10.1016/j.jss.2005.02.009. [4] Рихтер К., Хаслбек М., Бюхнер Дж. Реакция на тепловой шок: Жизнь на грани смерти. Мол Клетка. 2010: 253–266. doi: 10.1016/j.molcel.2010.10.006. [5] Гейдж А.А., Бауст Дж. Механизмы повреждения тканей в криохирургии. Криобиология. 1998: 171–186. дои: 10.1006/cryo.1998.2115. [6] Ли Э.В., Тай С., Ки С.Т. Необратимая электропорация: новая терапия рака под визуальным контролем. Кишечная печень. 2010;4(приложение 1):S99–S104. дои: 10.5009/gnl.2010.4.S1.S99. [7] Давалос Р.В., Мир И.Л., Рубинский Б. Абляция тканей с необратимой электропорацией. Энн Биомед Инж. 2005;33:223–231. дои: 10.1007/s10439-005-8981-8. [8] Ахмед М., Брейс К.Л., Ли Ф.Т.-младший и др. Принципы и достижения в области чрескожной абляции. Радиология. 2011;2011:351–369. дои: 10.1148/радиол.10081634. [9] Ливраги Т., Мелони Ф., Ди Стаси М. и др. Устойчивый полный ответ и частота осложнений после радиочастотной абляции очень ранней гепатоцеллюлярной карциномы при циррозе печени: остается ли резекция методом выбора? Гепатология. 2008;47:82–89. дои: 10.1002/геп.21933. [10] Жерве Д.А., Макговерн Ф.Дж., Арельяно Р.С. и др. Радиочастотная абляция почечно-клеточного рака: Часть 1. Показания, результаты и роль в ведении пациентов в течение 6-летнего периода и абляция 100 опухолей. Am J Рентгенол. 2005;185:64–71. doi: 10.2214/ajr.185.1.01850064. [11] Гольдберг С.Н., Газель Г.С., Солбиати Л. и др. Радиочастотная абляция тканей: увеличение диаметра поражения с помощью перфузионного электрода. Акад Радиол. 1996;3:636–644. дои: 10.1016/s1076-6332(96)80188-7. [12] Брейс К.Л., Сэмпсон Л.А., Хиншоу Дж.Л. и др. Радиочастотная абляция: одновременное применение нескольких электродов посредством переключения создает более крупные и более слитные абляции, чем последовательное применение на модели крупного животного. J Vasc Interv Radiol. 2009;20:118–124. doi: 10.1016/j.jvir.2008.09.021. [13] Ли Дж.М., Хан Дж.К., Ким Х.К. и др. Многоэлектродная радиочастотная абляция печени свиньи in vivo: сравнительные исследования последовательного монополярного режима с переключением монополярного и мультиполярного режимов. Инвест Радиол. 2007;42:676–683. doi: 10.1097/RLI.0b013e3180661aad. [14] Лубнер М.Г., Брейс К.Л., Хиншоу Дж.Л. и др. Микроволновая абляция опухолей: механизм действия, клинические результаты и устройства. J Vasc Interv Radiol. 2010;21(приложение 8):S192–S203. doi: 10.1016/j.jvir.2010.04.007. [24] Кнавель Э.М., Хиншоу Дж.Л., Лубнер М.Г. и др. Мощная микроволновая абляция с газовым охлаждением: охлаждение вала обеспечивает эффективную функцию палочки без изменения зоны абляции. Am J Рентгенол. 2012;198:W260–W265. дои: 10.2214/AJR.11.6503. [27] Дурик Н.А., Лазеке П.Ф., Бродерик Л.С. и др. Микроволновая абляция с трехосными антеннами, настроенными на легкие: результаты на модели свиньи in vivo. Радиология. 2008;247:80–87. дои: 10.1148/radiol.2471062123. [28] Распорка CL. Радиочастотная и микроволновая абляция печени, легких, почек и костей: в чем различия? Curr Probl Diagn Radiol. 2009;38:135–143. doi: 10.1067/j.cpradiol.2007.10.001. [29] Гоф-Палмер А.Л., Гедройк В.М. Лазерная абляция гепатоцеллюлярной карциномы – обзор. Мир Дж Гастроэнтерол. 2008;14:7170–7174. дои: 10.3748/wjg.14.7170. [30] Пачелла СМ, Франсика Дж, Ди Костанцо ГГ. Лазерная абляция небольших гепатоцеллюлярных карцином. Радиорелейная практика. 2011;2011:595627. дои: 10.1155/2011/595627. [31] Винендал Л.М., де Ягер А., Стаппер Г. и др. Многоволоконная термотерапия, индуцированная лазером, для абляциикрупных внутрипеченочных опухолей. Фотомед-лазерная хирургия. 2006;24:3–9. дои: 10.1089/pho.2006.24.3. [32] Стегер А.С., Лис В.Р., Шорвон П. и др. Многоволоконная интерстициальная лазерная гипертермия малой мощности: исследования на нормальной печени. Бр Дж. Сург. 1992;79:139–145. дои: 10.1002/bjs.1800790215. [35] Чжоу Ю.Ф. Высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук при клинической абляции опухолей. Мировой Джей Клин Онкол. 2011;2:8–27. дои: 10.5306/wjco.v2.i1.8. [36] Тезель А., Митраготри С. Взаимодействие инерционных кавитационных пузырьков с липидными бислоями рогового слоя во время низкочастотного сонофореза. Биофиз Дж. 2003;85:3502–3512. дои: 10.1016/S0006-3495(03)74770-5. [37] Дирдорф Д.Л., Дидерих С.Дж. Осевой контроль термокоагуляции с помощью многоэлементного внутритканевого ультразвукового аппликатора с внутренним охлаждением. Управление частотой IEEE Trans Ultrason Ferrolectr. 2000;47:170–178. дои: 10.1109/58.818759. [38] Кинси А.М., Тайреус П.Д., Рике В. и др. Интерстициальные ультразвуковые аппликаторы с динамическим угловым контролем для термической абляции опухолей под МР-контролем. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2004;4:2496–2499. doi: 10.1109/IEMBS.2004.1403719. [39] Рен XL, Чжоу XD, Ян РЛ и др. Экстракорпоральная абляция миомы матки под сонографическим контролем с помощью высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука: промежуточные результаты. J Ультразвуковая медицина. 2009;28:100–103. дои: 10.7863/jum.2009.28.1.100. [40] Таран Ф.А., Темпани CM, Риган Л. и др. Фокусированное ультразвуковое исследование под магнитно-резонансным контролем (MRgFUS) в сравнении с абдоминальной гистерэктомией при лечении лейомиомы матки. УЗИ акушер-гинекол. 2009;34:572–578. дои: 10.1002/uog.7435. [41] Ким Ю.С., Рим Х., Чой М.Дж. и др. Высокоинтенсивная фокусированная ультразвуковая терапия: обзор для врачей-рентгенологов. Корейский Джей Радиол. 2008;9:291–302. дои: 10.3348/kjr.2008.9.4.291. [42] Ли Дж., Сюй Г.Л., Гу М.Ф. и др. Осложнения фокусированного ультразвука высокой интенсивности у больных с рецидивирующими и метастатическими опухолями брюшной полости. Мир Дж Гастроэнтерол. 2007;13:2747–2751. doi: 10.3748/wjg.v13.i19.2747. [43] Робертс В.В., Холл Т.Л., Айвс К. и др. Импульсный кавитационный ультразвук: неинвазивная технология контролируемой абляции тканей (гистотрипсии) в почке кролика. Дж Урол. 2006;175:734–738. doi: 10.1016/S0022-5347(05)00141-2. [44] Ким С., О’Рурк А.П., Махви Д.М. и др. Конечно-элементный анализ криоабляции печени ex vivo и in vivo. IEEE Trans Biomed Eng. 2007;54:1177–1185. doi: 10.1109/TBME.2006.889775. [45] Георгиадес С., Родригес Р., Азене Е. и др. Определение нелетальной границы внутри видимого «ледяного шара» при чрескожной криоаблации почечной ткани. Кардиовасковый интервенционный радиол. 2013;36:783–790. дои: 10.1007/s00270-012-0470-5. [46] Литтруп П.Дж., Джаллад Б., Воругу В. и др. Летальные изотермы криоабляции в фантомном исследовании: влияние тепловой нагрузки, размера и количества зондов. J Vasc Interv Radiol. 2009;20:1343–1351. doi: 10.1016/j.jvir.2009.05.038. [47] Ли Ф.Т.-младший, Махви Д.М., Чоси С.Г. и др. Криохирургия печени под интраоперационным контролем США. Радиология. 1997;202:624–632. doi: 10.1148/radiology.202.3.9051005. [49] Зайферт Дж.К., Моррис Д.Л. Мировой обзор осложнений криотерапии печени и простаты. Мировой Джей Хирург. 1999;23:109–113. дои: 10.1007/pl00013173. [53] Адеянджу О.О., Аль-Ангари Х.М., Саакян А.В. Оптимизация количества и размещения игольчатых электродов для необратимой электропорации гепатоцеллюлярной карциномы. Радиол Онкол. 2012;46:126–135. doi: 10.2478/v10019-012-0026-y. [55] Томсон К.Р., Чунг В., Эллис С.Дж. и др. Исследование безопасности необратимой электропорации у человека. ДжВаск Интерв Радиол. 2011: 611–621. дои: 10.1016/j.jvir.2010.12.014. [56] Мартин Р.К., второй, Макфарланд К., Эллис С. и др. Необратимая электропорационная терапия в лечении местнораспространенной аденокарциномы поджелудочной железы. Дж Ам Колл Сург. 2012: 361–369. doi: 10.1016/j.jamcollsurg.2012.05.021. [60] Ван П., Брейс CL. Измерение диэлектрической проницаемости тканей с использованием промежуточной дипольной антенны. IEEE Trans Biomed Eng. 2012;59:115–121. дои: 10.1109/TBME.2011.2167622. [62] Лу Д.С., Раман С.С., Лиманонд П. и др. Влияние крупных перитуморальных сосудов на исход радиочастотной абляции опухолей печени. J Vasc Interv Radiol. 2003;14:1267–1274. doi: 10.1097/01.rvi.0000092666.72261.6b. [63] Бхардвадж Н., Стрикленд А.Д., Ахмад Ф. и др. Сравнительная гистологическая оценка абляции, произведенной микроволновой, криотерапией и радиочастотой в печени. Патология. 2009;41:168–172. дои: 10.1080/00313020802579292. [64] Ю Н.К., Раман С.С., Ким Ю.Дж. и др. Микроволновая абляция печени: влияние размера печеночных вен на эффект теплоотвода на модели свиньи. J Vasc Interv Radiol США. 2008;19:1087–1092. дои: 10.1016/j.jvir.2008.03.023. [65] Гольдберг С.Н., Хан П.Ф., Танабэ К.К. и др. Чрескожная радиочастотная абляция тканей: ограничивает ли перфузионное охлаждение тканей коагуляционный некроз? J Vasc Interv Radiol. 1998;9:101–111. дои: 10.1016/s1051-0443(98)70491-9. [66] Ашофф А.Дж., Меркл Э.М., Вонг В. и др. Как изменение печеночного кровотока влияет на перфузию печени и размер термического поражения, вызванного радиочастотой, в печени кролика? J-магнитно-резонансная томография. 2001;13:57–63. doi: 10.1002/1522-2586(200101)13:1<57::aid-jmri1009>3.0.co;2-n. [67] Моррисон П.Р., ванСонненберг Э., Шанкар С. и др. Радиочастотная абляция поражений грудной клетки: Часть 1, эксперименты на нормальной грудной клетке свиньи. Am J Рентгенол. 2005;184:375–380. дои: 10.2214/ajr.184.2.01840375. [68] Стейнке К., Гленн Д., Кинг Дж. и др. Чрескожная радиочастотная абляция легких: трудно добиться полной абляции при больших поражениях легких. Бр Дж. Радиол. 2003;76:742–745. дои: 10.1259/bjr/35823935. [69] Ван Тилборг А.А., Мейеринк М.Р., Ситсес С. и др. Отдаленные результаты радиочастотной абляции при неоперабельных колоректальных метастазах в печени: потенциально излечивающее вмешательство. Бр Дж. Радиол. 2011;84:556–565. дои: 10.1259/bjr/78268814. [70] Кувшинов Б.В., Ота Д.М. Радиочастотная абляция опухолей печени: влияние техники и размера опухоли. Операция. 2002;132:605–611. doi: 10.1067/msy.2002.127545. [71] Жерве Д.А., Арельяно Р.С., Макговерн Ф.Дж. и др. Радиочастотная абляция почечно-клеточного рака: Часть 2. Уроки, извлеченные из абляции 100 опухолей. Am J Рентгенол. 2005;185:72–80. doi: 10.2214/ajr.185.1.01850072. [72] Бест С.Л., Парк С.К., Якуб РФ и др. Отдаленные результаты радиочастотной абляции опухолей почки, стратифицированные по диаметру опухоли: размер имеет значение. Дж Урол. 2012;187:1183–1189. дои: 10.1016/j.juro.2011.11.096. [74] Брейс К. Термическая абляция опухоли в клиническом использовании. IEEE Пульс. 2011;2:28–38. дои: 10.1109/МПУЛ.2011.942603.
