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Einleitung: Die klinische Anwendung der Laser-induzierten Thermotherapie (LITT) als lokales Verfahren zu thermischen Ablation solider Malignome, insbesondere der Leber, wird erschwert durch die Notwendigkeit einer Umlagerung des Patienten nach der CT-gestützten Applikatorpositionierung in ein konventionelles Tunnel-MRT-System. Hierin, sowie in der Reduktion des Applikatordurchmessers, liegen die Möglichkeiten zur Verbesserung des Verfahrens. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Prozessoptimierung der MR-gestützten LITT durch die Evaluierung eines neu entwickelten miniaturisierten Kathetersystems sowie deren vollständige Anwendung als durchgängige Prozedur in einem offenen Hochfeld-MRT (oMRT). Material und Methoden: Ein miniaturisiertes koaxial aufgebautes 6 French (F) Teflon- Kathetersystem mit einem geschlossenen Kühlkreislauf und einer Laserfaser mit einem 30 mm flexiblem Streukörper (30 mm diffuser tip, Somatex, Deutschland) wurden mit einem 1064 nm Nd:YAG Laser (Dornier Medilas Fibertom 5100, Germany) konnektiert. Es folgte die ex-vivo Testung des Kathetersystems an nicht perfundierter Schweineleber bezüglich der maximalen energetischen Belastbarkeit (bis 36 kJ, n = 210 pro Applikator), dem optimalen Kühlmittelfluss sowie der maximal induzierbaren Nekrosegrößen im Vergleich zum konventionellen 9F System (Power-Applikator®, Somatex, Deutschland). Im Rahmen einer in-vivo Machbarkeitsstudie an zwei weiblichen Jungschweinen wurde das Verfahren anschließend mit beiden Kathetersystemen auf seine generelle Durchführbarkeit in einer Sitzung in einem interventionellen 1,0 Tesla MRT- System überprüft. Zielgebend waren hier die Umsetzung der MR-Fluoroskopie- gestützten Applikatorpositionierung mit einer 18 Gauge Titan-Punktionskanüle (BTFE TE/TR = 7/2,5 ms, FA = 30°, FOV = 200 x 200 mm, Voxel size = 2 x 2 x 8 mm, Dynamic scan time = 1 s), die kontinuierliche Prozesskontrolle mittels MR- Thermometrie, basierend auf der T1-Methode, sowie die farbkodierte Darstellung der thermischen Lasereffekte anhand der PRF-Methode. Ergebnisse: Der Grenzwert der maximalen Applikatorbelastbarkeit stellte sich für das 6F Kathetersystem bei einer Leistung von 24 W über 20 Minuten ein (28,8 kJ), während mit dem 9F Katheter Leistungen bis 30 Watt über 20 Minuten (36,6 kJ) appliziert werden konnten. Unter maximaler Belastung konnten ex-vivo Ablationsvolumina von 33 ± 4,4 cm³ mit dem 6F beziehungsweise 35,8 ± 4,9 cm³ mit dem 9F Kathetersystem erzeugt werden. Bei gleichen applizierten Energien bestand kein statistisch signifikanter Unterschied zwischen den Nekrosegrößen beider Kathetersysteme (p≤0,05). Ein Kühlmittelfluss von 15 ml/min wurde für den 6F Applikator als annehmbarer Kompromiss aus reduziertem Systemdruck und hinreichender Kühlfunktion erachtet. Die in-vivo Durchführung der LITT im oMRT produzierte ein gut sichtbares Nadelartefakt während der MR-Fluoroskopie gestützten Applikatorpositionierung. Die thermischen Lasereffekte konnten mit einer 15 ms TE Gradientenecho-Sequenz adäquat dargestellt werden. Die farbkodierte Visualisierung erfolgte postinterventionell und zeigte eine bewegungs- und suszeptibilitätsbedingte Aktefaktanfälligkeit. Diskussion: Bei nahezu gleichem Ablationsvermögen des 6F Kathetersystems konnte durch die Miniaturisierung eine Reduktion des Punktionstraumas erreicht werden. Aus den Ergebnissen der MR-gestützten Zielnavigation und Applikatorpositionierung sowie der online Thermometrie konnte gezeigt werden, dass die vollständige Durchführung der LITT im offenen Hochfeld-MRT ein sicheres und effektives Verfahren ist., Purpose: The clinical use of laser-induced thermotherapy (LITT) as an alternative local ablative technique for the treatment of solid tumors is being complicated by the necessity of two different imaging modalities for CT- guided tumor targeting and MR-controlled thermometry. Moving the patient from the CT-unit into the MRI is time consuming and may cause infections or dislocations of the applicator. By combining both of these work steps into a single imaging modality, and through the use of applicators with smaller diameters, the treatment of LITT could become safer, less invasive and more effective. Therefore, the aim of this study was to evaluate the feasibility and safety of a novel miniaturized LITT applicator for the ablation of liver malignancies in an open high-field MRI. Materials and Methods: A miniaturized 6 French (F) double-tubed protective catheter with a closed cooling circuit was used with a flexible laser fiber (30 mm diffuser tip, Somatex, Germany), connected to a 1064 nm Nd:YAG laser (Dornier Medilas Fibertom 5100, Germany) and tested in non-perfused porcine livers in reference to maximum energy deposition (up to 36 kJ, n = 210/applicator) of the established 9F system (Somatex, Germany). Two live pigs were treated to test the feasibility of MR- fluoroscopy-guided applicator positioning with an 18 gauge puncture needle (BTFE TE/TR = 7/2,5 ms, FA = 30°, FOV = 200 x 200 mm, voxel size = 2 x 2 x 8 mm, Dynamic scan time = 1 s), online-thermometry during LITT in an interventional 1.0 T MRI system, based on the T1-method, and the color-coded visualization of thermal laser effects, based on the PRF-method. Results: In- vitro, the size of coagulation using the 6F system with maximum applicable power of 24 W for 20 min (28,8 kJ) was 33 ± 4.4 cm³, whereas with the 9F system energies up to 30 W for 20 min (36 kJ) could be applied, producing coagulation volumes of 35,8 ± 4,9 cm³. At equal energy settings no statistically significant difference regarding the size of coagulation could be detected between the two applicator systems. For the 6F applicator a flow- rate of 15 ml/min of the cooling saline solution was regarded to be an acceptable compromise between a reduced system pressure and a sufficient applicator cooling. In-vivo, applicator guidance and monitoring of thermal effects were accurate and controllable. The color-coded visualization of thermal laser effects was performed postinterventionally and showed artefacts from intra-operative movement and susceptibility gradients. Discussion: Despite the slightly reduced coagulation volumes of the 6F system, a reduction of puncture-induced trauma was achieved with the minimization of the applicator. The results suggest that performing both, MR-guided tumor targeting and online-thermometry in an open high-field MRI is safe and effective.

Titelblatt und Inhaltsverzeichnis Einleitung Fragestellung Material und Methoden Ergebnisse Diskussion Zusammenfassung Literaturverzeichnis, Die Laserinduzierte Thermotherapie (LITT) ist eine minimal-invasive Methode, welche insbesondere in der Behandlung von Lebermetastasen angewendet wird. Für die Lunge ist bis dato kein minimal-invasives Verfahren für die Behandlung primärer und sekundärer Tumoren etabliert. Zu diesem Zweck wurde die Dosis- Wirkbeziehung zwischen applizierter Laserenergie mit dem Nd:YAG-Laser und dem erreichbaren Koagulationsvolumen untersucht - für zwei verschiedene Punktionssysteme (eines für die perkutane Anwendung und eines für das offen chirurgische Vorgehen). Des weiteren wurde ein Tiermodell für weitere Studien zur Korrelation histologischer Untersuchungsergebnisse mit klinischer Bildgebung entwickelt. Schlussendlich wurden histologische Untersuchungen direkt postinterventionell durchgeführt. In der ex-vivo Versuchsreihe zeigte sich, dass für das intraoperative Punktionsystem ein Leistungsoptimum von 25 Watt angegeben werden kann. Eine höhere Leistung resultierte nicht in grösseren Volumina, aber erhöhte das Risiko für Karbonisationen. Das perkutane Punktionsset lieferte grössere Läsionsvolumina bei deutlich erhöhtem Karbonisationsrisiko. Ein Kleintiermodell an der Ratte wurde entwickelt; die Punktion der Lungen erwies sich als der anspruchvollste Schritt. Die histologischen Untersuchungen direkt nach Laserbehandlung ergaben einen zonalen Aufbau der abladierten Region. Die Übergangszone zwischen Nekrose und normalem Parenchym enthielt letal geschädigte und vitale Bereich. Zusammengefasst zeigt sich die die technische Durchführbarkeit des Verfahrens an der Lunge. Die induzierbaren Volumina sind für eine klinische Anwendung gross genug. Weitere Informationen über die Korrelation bildgebender Verfahren mit sicher abladierten Gewebearealen sind notwendig., Laser-induced thermotherapy (LITT) is an established minimally invasive technique which has been proven to be successful for many years, especially in the treatment of liver metastases. On the lung a minimally invasive technique for the treatment of primary and secondary lung tumours is not yet established. For this purpose, the dose-effect relation between an Nd:YAG laser power and the coagulation size attainable was investigated for two different punctioning systems (one for percutaneous treatment and one for open surgery). Secondary, an animal model was developed for further studies on correlations between histological findings and imaging. Finally, histological studies were made on tissue necrosis directly after laser therapy. While the tested intraoperative system proved to be suitable for application with powers up to 32 watts, its maximum efficacy had been reached already at 25 watts and an exposure time of 20 minutes: the volume created was 10,28 cm3 ± 2,24 cm3. Higher powers did not generate substantially larger lesions, but caused a temperature holdup and subsequent carbonisation. The percutaneous system created bigger lesions, but had a higher risk for large carbonisations. A small animal model on the rat was being established, punctioning the lungs was the most demanding step. Histological examinations directly after laser treatment were made, revealing a zonal structure of the ablated region. A transitional zone between necrosis and normal parenchyma contains vital and non-vital regions. In conclusion, laser-induced-thermotherapy seems to be feasible. Volumes being created are large enough for clinical use. Further investigations need to be made especially on the transitional zone.

Gesamtdissertation, Die laserinduzierte Thermotherapie (LITT) stellt eine neue, alternative Methode zur Behandlung von primären und sekundären hepatischen Tumoren dar. Diese Studie untersucht die Effektivität dieser Therapie. Die Effektivität zeigt sich unter anderem in der Überlebensdauer der betroffenen Patienten nach dieser Therapie, dem Aufkommen von Rezidiven und der Komplikationsrate. 40 Patienten mit unterschiedlichen Primärtumoren wurde hierzu untersucht. Der Median der Verlaufkontrolle betrug 55 Monate. Es errechneten sich eine mediane Überlebensdauer von 29,3 Monaten und Rezidivraten von 69,2% für alle Patienten., The Laser-Induced Interstitial Thermotherapy (LITT) is a modern procedure for the treatment of primary and secondary liver metastases. This Study discusses the efficiency of this therapy. 40 patients with different primary Tumor were treated with this method. The mean follow-up was 55 months. The overall mean survival period after LITT was 29,3 months. The recurrence of metastases was 69,2 %.

Das Pankreaskarzinom hat bei steigender Inzidenz eine äußerst schlechte Prognose und ist häufig bei Diagnosestellung nicht mehr kurativ operabel. Die laserinduzierte Thermotherapie (LITT) gewann in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung als ein minimal invasives Verfahren zur perkutanen Ablation von parenchymatösen Tumoren. Dabei ist die Magnetresonanztomographie (MRT) eine Methode, mit der eine präzise Prozesskontrolle der Thermoablation und eine suffiziente Erfolgskontrolle zur Verfügung stehen. Ziel der vorliegenden Studie war es, im Tierexperiment die Anwendung der LITT zur Ablation von Pankreasgewebe am Schwein zu erproben, sowie die Möglichkeiten der MRT als Online-Monitoringverfahren mit Hilfe einer histopathologischen Korrelation zu untersuchen. Dazu wurde an 15 Läuferschweinen das Pankreas einer perkutanen laserinduzierten Thermotherapie mit einer Leistung von 5, 10 und 20 Watt sowie zwei mal 5 Watt in Multiapplikatortechnik unter MRT Prozesskontrolle unterzogen. Anschließend wurde das Pankreasgewebe histologische aufgearbeitet und die magnetresonanztomographisch detektierten Läsionen histopathologisch korreliert. Das Auftreten einer schwerwiegenden Komplikation wie einer generalisierten Pankreatitis, Peritonitis oder Blutung wurde nicht beobachtet. Die durchgeführten Korrelationsanalysen zeigen eine hohe Übereinstimmung zwischen magnetresonanztomographisch dokumentiertem Thermoeffekt und histopathologisch verifizierter thermisch induzierter Nekrose. Interessanterweise wurden bei Anwendung von zwei Lasern niedriger Leistung in Multiapplikatortechnik, im Vergleich zur Anwendung von einem Laser mit höherer Leistung, größere Nekrosen induziert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die LITT ein geeignetes und sicheres minimalinvasives Verfahren zur Ablation von Pankreasparenchym unter MRT-Monitoring ist. Weiterführende Untersuchungen zur Durchführbarkeit und Ermittlung der Genauigkeit der MRT als Monitoringverfahren sind erforderlich. Pancreatic carcinoma has an increasing incidence and a poor prognosis. Frequently at diagnosis pancreatic tumors are surgically unresectable. Laser-induced thermotherapy has become an area of considerable interest during the past few years as a minimally invasive method for percutanous ablation of parenchymatous tumors. With magnetic resonance imaging (MRI) an accurate process control of thermocoagulation and a sufficient control of performance are possible. Control of carcinoma growth of is still a problem. Therefore the aim of this study was to investigate the application of laser induced thermotherapy for ablation of pancreas in a porcine model and the possibility of MRI as an online-monitoring with histopathologic correlation. Laser applicators with energy of 5, 10, 20 and two lasers of 5 watt were placed in the pancreas of 15 female pigs. After sacrifice a pathological examination was performed and histological lesions were correlated with magnetic resonance detected lesions. No serious adverse event like generalized pancreatitis, peritonitis or bleeding was observed. Correlation analysis showed a high correspondence between magnetic resonance documented thermoeffects and histopathologic verified lesions. Thermally induced lesions were best visualised on contrast-enhanced T1-weighted images. Interestingly application of two lasers with each 5 watt, greater lesions were generated than on application of one laser with higher energy. Over a period of 7 days increasing inhomogeneity and contraction of lesions were observed. Our results show that laser-induced thermotherapy of pancreatic tissue was feasible in this porcine model, and online monitoring was practicable. Further studies are necessary to increase the accuracy of online MR imaging of thermal effects.

ZIEL: In der vorliegenden Studie wurde die Effektivität und Sicherheit der Applikation von 90% Ethanol als Kühlmittel evaluiert METHODEN: Wir benutzten einen Mikrokatheter mit einem äußeren Durchmesser von 1,8 mm, welchen wir in der Rinderleber platzierten. Verbunden mit dem Katheter war ein Dornier Diffusor-Tip H6111-T3 angeschlossen an einen Dornier Medilas Fibertom 5100 Laser. Es wurden zwei Kühlmedien verwendet, physiologische Kochsalzlösung und 90% Ethanol, beide mit einer Flussgeschwindigkeit von 0,75 ml/min und 1,5 ml/min. Fünfzehn Minuten Laserbetriebszeit und verschiedene Wattstärken wurden verwendet. Die Koagulationsgröße wurde makroskopisch ausgewertet. ERGEBNISS: Es konnte kein Unterschied im radialen Durchmesser und in der Form hinsichtlich des verwendeten Kühlmittels gefunden werden. In der Gruppe mit dem hohen Kühlmittelfluss wurde eine Verlängerung des axialen Durchmessers festgestellt. Weiterhin führte die Verwendung von Ethanol zu einer erhöhten Rate an zerstörten Dornier Diffusor-Tips. SCHLUSSFOLGERUNG: Unter diesen technischen Vorraussetzungen wird es keinen Vorteil für die Patienten geben durch die Verwendung von Ethanol. Für bessere Ergebnisse ist ein neues Lichtleitersystem notwendig, welches resistent gegen die Ethanolwirkung ist. Laser-induced thermotherapy of ex-vivo cow liver with open microcatheter system: comparison of two used cooling agents PURPOSE: We evaluated the efficiency and safety of 90% Ethanol as a cooling agent in Laser-induced thermotherapy of the liver. MATERIAL AND METHODS: We used a Microcatheter with an outer diameter of 1.8 mm which was placed in ex-vivo cow liver. Connected to the microcather was a Dornier Diffusor-Tip H6111-T3 coupled to a Dornier Medilas Fibertom 5100 laser. We compared two types of cooling agents, physiological NaCl solution and 90% Ethanol, both with a flow of 0,75 ml/min and 1,5 ml/min. Fifteen minutes of ablation time and different laser powers were used. The lesions size was examined macroscopically. RESULTS: We were not able to find any difference in form or diameter of the ablated liver depending on the usage of NaCL and Ethanol as cooling agent. However utilization of Ethanol yielded a larger length of ablated liver in the high flow group. Furthermore usage of Ethanol results in a higher rate of destructed Dornier Diffusor-Tips. CONCLUSIONS: Under the present technical conditions there will be no benefit from the usage of Ethanol as cooling agent. For better results a new light guide system is needed, which is resistent to the effect of Ethanol.

Die Dissertation handelt über die Ergebnisse der Laserinduzierten Thermotherapie bei Lebertumoren aus Februar 2000 mit einem Follow up bis Februar 2002. Dabei wurden 43 Patienten mit 89 Läsionen therapiert. Betrachtet wurden Komplikationen, Liegezeiten, metastasenfreie Intervalle, Stichkanalmetastasen, Auswertungen der bildmorphologischen Ablationskontrollen und die Analyse der klinischen Verläufe. Dabei wurden die Patienten in drei Altersgruppen eingeteilt, so dass man die Ergebnisse auf das Alter beziehen konnte. Zu den Primärtumoren zählten zu 70 Prozent das Kolorektale Karzinom, zu 10 Prozent das HCC und zu 20 Prozent andere Tumoren. Liegezeit und Komplikationen waren in allen Altersklassen gleich. Die komplette Ablationsrate betrug 80 Prozent. Die Liegezeit betrug weniger als 3 Tage im Durchschnitt. Komplikationen, die zur Verlängerung der Liegezeit führten, waren intrathorakale Blutungen, subkapsuläre Hämatome und Fistelbildungen. Es wurde ein durchschnittlich sechsmonatiges metastasenfreies Intervall festgestellt. The dissertation acts about the results of the Laser-Induced Thermotherapy of manignant liver tumors from February 2000 in follow up to February 2002. 43 patients with 89 lesions became to treat in this case. Were considered complications, time to stay in bed, metastasis-free interval, metastasis from prick in the duct, evaluations of the picture-morphological controls and the analyses of the clinical progresses. The patients were divided into 3 age-groups in this case so that one could get the results on the age. To the primary tumors counted in 70 percent the colorectal cancer, to 10 percent the HCC and to 20 percent other tumors. The time to stay in bed and complications were identical in all age-groups. The complete ablation was 80 percent. The time to stay in bed was on average little as 3 days. Complications which led to the prolongation of the time to stay in bed were pleural effusions, subcapsular hematoma and fistulae. It was found on the average an metastases-free interval for 6 month.