Verification of the Ex Vivo Thiel embalmed model for liver treatment with magnetic resonance-guided focused ultrasound (MRgFUS) before clinical practice

Abstract

Η θεραπεία του ήπατος είναι τεχνικά απαιτητική λόγω της αναπνοής του ασθενούς και λόγω της παρουσίας οστών γύρω από το ήπαρ, και για αυτό είναι επιθυμητές μη επεμβατικές μέθοδοι. Ο εστιασμένος υπέρηχος με καθοδήγηση μανγητικού τομογράφου (MRgFUS) είναι μια υποσχόμενη τεχνική λόγω της μη επεμβατικής της φύσης, και λόγω της δυνατότητας να επιτρέπει την μαγνητική θερμομέτρηση. Η θερμομέτρηση μπορεί να παρέχει real-time θερμικές τιμές και θερμικές εικόνες που δείχνουν την περιοχή (ablation) που θεραπεύθηκε. Παρά την σημαντική έρευνα στην θεραπεία του ήπατος με MRgFUS, η ανάπτυξη ενός επαναλήψιμου, ασφαλούς και αποτελεσματικού ηπατικού ex vivo μοντέλου δεν έχει ακόμη επιτευχθεί. Το μοντέλο ταρίχευσης με Thiel είναι προτιμότερο σε σύγκριση με φρέσκα ή ταριχευμένα με φορμόλη ανθρώπινα πτώματα, λόγω ανθεκτικότητας και λόγω ιδιοτήτων παρόμοιων με ζωντανούς ιστούς, αλλά και λόγω των περιορισμένων κινδύνων για την υγεία κατά τη χρήση τους. Η παρούσα διατριβή μελέτησε το ταριχευμένο με Thiel ήπαρ, ως μοντέλο για θεραπεία με MRgFUS πριν από την κλινική πρακτική, χρησιμοποιώντας όργανα και ολόκληρα πτώματα. Το πρώτο σετ πειραμάτων αφορά την μέτρηση ακουστικών παραμέτρων του ταριχευμένου ιστού, και μελέτησε την θερμική απόκριση του ταριχευμένου ήπατος σε θεραπεία με εστιασμένο υπέρηχο. Στη συνέχεια, εφαρμόσθηκε μαγνητική θερμομέτρηση με Συχνότητα συντονισμού πρωτονίων (Proton Resonance Frequency (PRF) MR Thermometry) με εικόνες αναφοράς (baseline phase-referenced), με σκοπό την μέτρηση του θερμικού συντελεστή (PRF coefficient). Με αυτό τον τρόπο, μπορεί να επιτευχθεί ακριβής θερμική καθοδήγηση κατά την θεραπεία. Τρίτον, εξετάσθηκε αν το μοντέλο Thiel είναι κατάλληλο για εφαρμογή μαγνητικής θερμομέτρησης χωρίς εικόνες αναφοράς (reference-less PRF Thermometry). Τέταρτον, εφαρμόσθηκε θερμική θεραπεία με MRgFUS σε απομονωμένο ήπαρ και σε ανθρώπινα πτώματα, σε συνθήκες που προσεγγίζουν θεραπείες ασθενών. Οι συνθήκες αυτές περιλαμβάνουν αγγειακή οπτικοποίηση (με σκιαγραφικό), αιμάτωση, αναπνευστική κίνηση, μαγνητική απεικόνιση και θέρμανση με εστιασμένο υπέρηχο. Τα αποτελέσματα δείχνουν οτι οι ακουστικές παράμετροι του ταριχευμένου ήπατος διαφέρουν από αυτές του φρέσκου ιστού. Αυτό σημαίνει ότι χρειάζεται περισότερη ακουστική ενέργεια στον ιστό για να επιτευχθεί νέκρωσή του (ablation). Επιπρόσθερα, η ταρίχευση με Thiel είχε επίδραση στην θερμική απόκριση του ιστού, μεταβάλλοντας τον θερμικό συντελεστή του ιστού. Παρόλα αυτά, χρησιμοποιώντας τον θερμικό συντελεστή που υπολογίσθηκε εδώ, μπορεί να επιτευχθεί ακριβής θερμική απεικόνιση κατά την θεραπεία με MRgFUS. Οι αλγόριθμοι θερμικής απεικόνισης χωρίς εικόνες αναφοράς (reference-less Thermometry) παρουσίασαν ομοιότητες με τιμές που παρουσιάζονται στην βιβλιογραφία. Η αγγειακή απεικόνιση ήταν επιτυχής στο ήπαρ, και το προκλινικό μοντέλο απεδείχθη κατάλληλο για εφαρμογή αναπνευστικής κίνησης, αγγειακή οπτικοποίηση και θερμική θεραπεία με MRgFUS. Επομένως, το ex vivo μοντέλο Thiel είναι ευνοϊκό για την μελέτη θεραπειών με MRgFUS, σε συνθήκες που προσεγγίζουν την θεραπεία ασθενούς, πριν από την κλινική πρακτική. Επιπρόσθετα, οι μέγιστες θερμοκρασίες που επετεύχθησαν στην σπονδυλική στήλη του μοντέλου θα μπορούσαν να προκαλέσουν ablation. Οι τεχνολογίες και η έρευνα που περιγράφονται στην παρούσα διατριβή μπορούν να υπερπηδήσουν πολλά εμπόδια και περιορισμούς που περιγράφονται στην βιβλιογραφία. Για τον λόγο αυτό, μπορούν να αποδειχθούν χρήσιμες στην συνεχιζόμενη προκλινική έρευνα για θεραπείες του ήπατος με MRgFUS. Ωστόσο, αναγνωρίζεται το γεγονός οτι υπάρχουν ακόμη ζητήματα για να επιλυθούν. Αυτά περιλαμβάνουν επαναληπτικές μελέτες για να διερευνηθεί αν ο θερμικός συντελεστής θα μεταβαλλόταν σε μεγαλύτερης κλίμακας δείγματα και ιστούς, διερεύνηση της μαγνητικής ευαισθησίας κατά την μέτρηση του συντελεστή, αλλά και ο συνδυασμός real-time θεραπείας του ήπατος κατά την κίνηση λόγω αναπνοής και με reference-less θερμική απεικόνιση σε ένα πλήρως λειτουργικό προκλινικό μοντέλο. Η παρούσα διατριβή παρέχει ένα σημείο εκκίνησης για την μελέτη αυτών των διαφορετικών διαδικασιών, όπως η real-time μαγνητική θερμομέτρηση, η καθοδήγηση του εστιασμένου υπερήχου και ο εντοπισμός της ακριβούς τοποθεσίας του όγκου, σε ένα προκλινικό μοντέλο ταριχευμένο με Thiel.