Способ совмещения радиочастотной и паровой аблации в задачах онкологии, исследование на фантоме

Цель исследования. Методы локальной термоаблации являются ключевой альтернативой хирургическому лечению опухолей, однако существующие методы сталкиваются с ограничениями при создании крупных и однородных зон некроза. В частности, существующие на сегодняшний день системы радиочастотной аблации (РЧА), предназначенные для лечения новообразований, демонстрируют недостаточный объем нагрева, что повышает риск неполной аблации или рецидива.
Материал и методы. В настоящей работе предложен и исследован новый метод, объединяющий биполяр- ную многоэлектродную РЧА с паровым нагревом для преодоления этого ограничения. Целью исследования являлась экспериментальная проверка гипотезы о том, что за счет совмещения парового и радиочастотного воздействий возможно обеспечить равномерное распределение температуры во всем целевом объеме. Были проведены сравнительные измерения на биологическом фантоме (говяжья печень) с использованием биполярной восьмиэлектродной системы РЧА и специального катетера для парового нагрева.
Результаты. Результаты продемонстрировали, что совмещенный подход позволяет получить больший по объему очаг коагуляции за то же время воздействия, что и система РЧА.
Заключение. Данное исследование представляет краткое обоснование способа повышения эффектив- ности термической аблации крупных опухолей.
Ключевые слова: онкология, опухоль, термическая аблация, радиочастотная аблация, аблация водяным паром, комбинированная аблация, многоэлектродная радиочастотная аблация, биполярная аблация, ло- кальное лечение опухолей
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Работа выполнена без спонсорской поддержки.

Objective. Local thermal ablation methods are a key alternative to surgical treatment of tumors, but existing methods face limitations in creating large and homogeneous areas of necrosis. Currently available radiofrequency ablation (RFA) systems designed to treat tumors demonstrate insufficient heating volume, which increases the risk of incomplete ablation or recurrence.
Material and methods. In this paper, we propose and investigate a new method combining bipolar multielectrode RFA with vapor heating to overcome this limitation. The aim of the study was to experimentally test the hypothesis that combining vapor and radiofrequency effects can ensure uniform temperature distribution throughout the target volume. Comparative measurements were performed on a biological phantom (beef liver) using a bipolar eightelectrode RFA system and a special catheter for vapor heating.
Results. The results demonstrated that the combined approach allows for a larger coagulation focus to be achieved in the same exposure time as with the RFA system.
Conclusion. This study provides a brief rationale for a method to improve the effectiveness of thermal ablation of large tumors.
Keywords: oncology, tumor, thermal ablation, radiofrequency ablation, water vapor ablation, combined ablation, multi-electrode radiofrequency ablation, bipolar ablation, local tumor treatment
Conflict of interest. The authors declare that there is no conflict of interest.
Funding. The study has not received any funding.

Введение
Хирургическая резекция остается «золотым стандартом» в лечении многих злокачественных новообразований. Однако значительная доля пациентов не являются кандидатами на оперативное вмешательство из-за сопутствующих заболеваний или неблагоприятного расположения опухоли. Это обстоя- тельство стимулировало развитие минимально инвазивных локальных методов лечения, среди которых центральное место занимают технологии термической аблации. Целью данных технологий является локальное разрушение опухолевой ткани путем контролируемого повышения ее температуры до цитотоксического уровня (как правило, выше 60 °C), что приводит к необратимому коагуляционному некрозу клеток. Радиочастотная аблация (РЧА) является одним из наиболее распространенных и изученных методов термической терапии. Через ткань пропускается переменный электрический ток в радиочастотном диапазоне (обычно 350–500 кГц). Ионы, содержащиеся в тканевой жидкости, начинают осциллировать под действием переменного электрического поля, что приводит к их трению и выделению тепла. Первые системы РЧА были монополярными, где ток про- текал от активного электрода, введенного в опухоль, к пло- скому пассивному электроду, расположенному на поверхно- сти тела пациента. Хотя такой подход имел эффективность в терапии опухолей небольшого размера, объем нагрева был весьма ограничен. Диаметр нагрева в монополярном режиме не превышает 2,5 см. Попытки увеличения объема воздей- ствия за счет увеличения подаваемой мощности, расщепления электрода на несколько, добавление охлаждения электро- да, применение инфузионных электродов и других способов воздействия, в т.ч. нетермических не достигли желаемым результатов [1–4]. Последующее развитие привело к созданию биполярных многоэлектродных систем, которые увеличили объем полу- чаемого нагрева. Тем не менее эффективность РЧА огра- ничивалась высушиванием и обугливанием ткани в месте контакта электрода с тканью. При достижении температуры около 100 °C вблизи электродов происходило выпаривание внутритканевой жидкости, приводящее к резкому увеличе- нию электрического импеданса ткани. Фактически создавался изолирующий слой вокруг электрода. Протекание тока пре- кращалось, и дальнейший нагрев становился невозможным. Для борьбы с этими проблемами были разработаны раз- личные решения. Например, система Cool-tip (Medtronic) [5] использует трехэлектродные кластерные системы с внутрен- ним охлаждением электродов и сложные алгоритмы переклю- чения между ними для контроля импеданса. Это дает преиму- щества в объеме нагрева, но усложняет процедуру и повышает ее стоимость. Известна компания STARmed, в установках кото- рой также используют 3 электрода, но в отличии от системы Cool-tip применяется биполярный режим работы, который может быть реализован как на двух, так и на одном электроде за счет использования двух рабочих зон [6]. Отечественной компанией «ТЕХНОСВЕТ» разработана установка «МЕТАТОМ-3» и различные конфигурации биполярных многоэлектродных систем [2, 7]. Переход в биполярный режим позволяет отка- заться от переключений и сложных системы переключений, однако повышаются требования к расположению электродных систем. В связи с этим поиск решений по преодолению суще- ствующих проблем продолжается до сих пор. Для решения проблем с объемом нагрева при РЧА пред- лагается объединить радиочастотное и паровое воздействие. Паровая аблация, которая уже нашла применение в медицине, например в системе Rezum для лечения аденомы простаты, является достаточно эффективным методом терапии. Физика этого метода принципиально иная. Пар, вводимый в ткань, несет значительное количество энергии в виде скрытой тепло- ты парообразования. При контакте с более холодной тканью пар конденсируется, мгновенно высвобождая эту энергию и равномерно прогревая окружающий объем. По сравнению с РЧА это позволяет пару распределять тепловую энергию, причем этот процесс не зависит от электрического импеданса ткани. Недостаток парового воздействия заключается в том, что все осуществленные применения выполнены для замкну- тых объемов. Целью настоящего исследования является эксперимен- тальная проверка возможности совмещения радиочастотного и парового воздействий для аблации в онкологии. Материал и методы Для проведения исследований был собран эксперименталь- ный стенд, состоящий из источника РЧ энергии, источника пара, переключателя и комбинированной электродной систе- мы, введенной в биологическую ткань (рис. 1). Парогенератор (а) был разработан и изготовлен в лабора- торных условиях. Он представляет собой герметичный резер- вуар с водой, нагреваемой резистивным элементом. Давление пара на выходе составляет 3,0–3,5 Бар, объем резервуара для воды – 400 мл, подводимая мощность – 1000 Вт Источником РЧ-энергии (б) служит серийный медицинский аппарат МЕТАТОМ-3 (ООО «Фирма ТЕХНОСВЕТ»), мощность генератора 200 Вт, частота 440 кГц, 4 выхода для возможности подклю- чения биполярных многоэлектродных систем. Парогенератор и РЧ-генератор соединены через переключатель (в) с системой нагрева (г), введенной в биологический фантом (д). Система нагрева представляет собой восьмиэлектродную биполярную конструкцию, в центр которой вводится электрод для подачи пара (рис. 2). Центральный электрод выполнен в виде полой металли- ческой трубки с микроперфорациями на дистальном конце для подачи пара. Размеры рабочих частей для РЧ и парового электродов составляют 3 см. Для контроля температуры в периферийные электроды и центральный пароподающий электрод встроены термопары. В качестве биологического фантома использовалась свежая говяжья печень. Этот выбор обоснован тем, что ее тепло- физические (удельная теплоемкость, теплопроводность) и диэлектрические (электропроводность, диэлектрическая проницаемость) свойства хорошо изучены и близки к свой- ствам печени человека, что делает ее допустимой моделью для исследований. Результаты Были проведены 2 серии измерений: только РЧА и ком- бинированный РЧ и паровой нагрев. Диаметр расположения электродной системы – 35,0 мм, диаметр каждого электро- да – 1,6 мм. Уровень мощности и общее время нагрева было одинаковым при всех измерениях. Сравнительные результаты нагрева приведены ниже (рис. 3). Время нагрева для обоих измерений составляло 4 минуты. В результате радиочастотного нагрева была получена зона коагуляции кольцевой формы с диаметром и высотой при- близительно 40 мм. Внутренний объем зоны воздействия был коагулирован, однако в центре массива электродов осталась область непрогретой ткани (рис. 3а). Далее была рассмо- трена комбинированная система нагрева (рис. 3б). Доставка пара осуществлялась в импульсном режиме через каждые 30 секунд с продолжительностью импульса равному 2 секун- дам. Применение комбинированного нагрева привело к фор- мированию сплошной, гомогенной зоны коагуляции, в отличии от радиочастотного нагрева. Полученная зона аблации была равномерной от центра до периферии. Наружная область нагрева ограничена областями ввода электродов. Внешние вертикальная и горизонтальная границы были приблизительно равны 40 мм. В то время как процедура РЧА обычно занимает около 15–20 минут полученные данные комбинированного нагрева свидетельствуют о сокращении необходимого времени для абляции целевого объема биологической ткани. Данные визуального наблюдения подтверждены результатами изме- рений температуры с термопар электродов (рис. 4). На рис. 4 цифрами 1 и 2 обозначены температуры перифе- рийных электродов, цифрой 3 – температура центрального парового электрода. Как видно из температурных графиков, необходимая температура аблации на периферийных электро- дах была достигнута во всех случаях. Для системы без комби- нированного нагрева температура на центральном электроде составила 27 оС (рис. 4а), в то время как для комбинированной системы нагрева максимальная температура в центре состави- ла 67 оC (рис. 4б), при этом нагрев был равномерным по всему целевому объему. Полученные результаты свидетельствую о том, что предла- гаемый комбинированный способ воздействия потенциально дает возможность увеличить объем нагрева без увеличения времени воздействия. Заключение В рамках данной работы был экспериментально исследо- ван новый комбинированный метод термической абляции, сочетающий многоэлектродное биполярное радиочастотное воздействие с паровым нагревом. Проведенное исследование продемонстрировало, что предложенный подход эффективно позволяет преодолеть ограничения, присущие системам РЧА. Комбинированный способ нагрева позволяет формировать крупные, однородные зоны коагуляции при этом уменьшив времени воздействия в сравнении с обычным РЧА и при мень- шей мощности РЧ-генератора. Данная технология представляет собой перспективное решение, способное существенно повы- сить надежность и эффективность локального лечения опу- холей, и заслуживает дальнейшего детального рассмотрения. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (грант No FSFZ- 2023-0004).