Magnetic Resonance Imaging of Radiofrequency Current-Induced Coagulation Zones in the Ex Vivo Bovine Liver

Zusammenfassung

Ziel: Unterschiedliche MR-Imaging-Sequenzen wurden hinsichtlich korrekter Darstellung und Unterscheidung zwischen nicht ablatiertem, teilweise ablatiertem und vollständig ablatiertem Gewebe nach Radiofrequenzablation (RFA) in der ex vivo, nicht-perfundierten Rinderleber untersucht. MRI ist zwar die Methode der Wahl zur Darstellung der induzierten Koagulationszonen ex vivo. Die optimale Imaging-Sequenz wurde jedoch noch nicht bestimmt. Material und Methoden: RFA ist eine Methode zur lokalen Zerstörung maligner Zellen mit Hitze und stellt eine anerkannte Therapieform für die Behandlung nicht resizierbarer Lebertumore dar. Hier wurde sie an Rinderlebern angewandt. Nach der RFA wurden die Lebern in Schichten geschnitten und visuell untersucht. Dabei konnte nicht ablatiertes, teilweise und vollständig ablatiertes Gewebe unterschieden werden. Für jede Imaging-Sequenz wurde die Gewebedarstellung an vorher angebrachten Markerpunkten in „exakt”, „überschätzend”, „unterschätzend” und „nicht unterscheidbar” klassifiziert. Zusätzlich wurden T 1-, T 2- und Protonendichte(PD)-Maps gemessen. Ergebnisse: Sowohl T 1- als auch T 2-Werte nahmen stetig von nicht ablatiertem zu vollständig ablatiertem Gewebe ab, wobei T 1 eine stärkere relative Abnahme aufwies als T 2. Die PD war im nicht- und im teilweise ablatierten Gewebe nicht unterscheidbar, während eine klare Abnahme in der vollständig ablatierten Zone beobachtet werden konnte. Schlussfolgerung: Sequenzen mit einem großen Einfluss der PD resultierten in der höchsten Genauigkeit in der Unterscheidung zwischen vollständig und teilweise ablatiertem Gewebe. Die Unterschiede in der Bildqualität und im Kontrast konnten anhand der T 1-, T 2- und PD-Werte erklärt werden.

Abstract

Purpose: To compare different magnetic resonance imaging sequences for correct representation and discrimination between non-ablated, partially ablated, and completely ablated tissue after radiofrequency ablation (RFA) in the ex vivo, non-perfused bovine liver model. MRI is the method of choice for imaging of the induced coagulation zones ex vivo. However, the optimal imaging sequence has not been determined yet. Materials and Methods: RFA, which is a method to locally destroy malignant cells with heat and which has been established for the treatment of non-resectable liver tumors, was applied to bovine livers. After the RF ablation procedure, the livers were sliced for visual inspection of the coagulation zones. As a result, non-ablated, partially ablated, and completely ablated tissues were distinguished. For the subsequent MR imaging, markers were used to indicate the borders of the different zones. For every imaging sequence the tissue representation at the site of these markers was classified as ”exact”, ”overestimating”, ”underestimating” and ”not determinable”. Additionally, T 1, T 2, and proton density (PD) maps were measured. Results: It was found that both T 1 and T 2 values gradually decrease from non-ablated to ablated tissue, with T 1 showing a stronger relative change compared to T 2. For PD no change was observed between non-ablated and partially ablated tissue and a clear decrease was detected for the completely ablated zone. Conclusion: Sequences with a strong PD influence resulted in the highest accuracy for discrimination between completely ablated and partially ablated tissue. The differences in image quality and contrast could be explained by the observed T 1, T 2 and PD changes.

Key words

radiofrequency ablation - ex vivo bovine liver - MR imaging

References

• 1 Schmidt D, Trubenbach J, Brieger J et al. Automated saline-enhanced radiofrequency thermal ablation: initial results in ex vivo bovine livers.  Am J Roentgenol. 2003;  180 163-165
• 2 Schmidt D, Trubenbach J, Konig C W et al. Radiofrequenzablation ex-vivo: Vergleich der Effektivität von impedance control mode versus manual control mode unter Verwendung einer geschlossen perfundierten Cluster-Ablationssonde.  Fortschr Röntgenstr. 2003;  175 967-972
• 3 Denys A L, De Baere T, Kuoch V et al. Radio-frequency tissue ablation of the liver: in vivo and ex vivo experiments with four different systems.  Eur Radiol. 2003;  13 2346-2352
• 4 Watanabe S, Kurokohchi K, Masaki T et al. Enlargement of thermal ablation zone by the combination of ethanol injection and radiofrequency ablation in excised bovine liver.  Int J Oncol. 2004;  24 279-284
• 5 Lee J M, Han J K, Kim S H et al. Optimization of wet radiofrequency ablation using a perfused-cooled electrode: a comparative study in ex vivo bovine livers.  Korean J Radiol. 2004;  5 250-257
• 6 Choi D, Lim H K, Kim M J et al. Overlapping ablation using a coaxial radiofrequency electrode and multiple cannulae system: experimental study in ex-vivo bovine liver.  Korean J Radiol. 2003;  4 117-123
• 7 Miao Y, Ni Y, Mulier S et al. Treatment of VX 2 liver tumor in rabbits with ”wet” electrode mediated radio-frequency ablation.  Eur Radiol. 2000;  10 188-194
• 8 Ng K K, Lam C M, Poon R T et al. Porcine liver: morphologic characteristics and cell viability at experimental radiofrequency ablation with internally cooled electrodes.  Radiology. 2005;  235 478-486
• 9 Raman S S, Lu D S, Vodopich D J et al. Creation of radiofrequency lesions in a porcine model: correlation with sonography, CT, and histopathology.  Am J Roentgenol. 2000;  175 1253-1258
• 10 Lee J D, Lee J M, Kim S W et al. MR imaging-histopathologic correlation of radiofrequency thermal ablation lesion in a rabbit liver model: observation during acute and chronic stages.  Korean J Radiol. 2001;  2 151-158
• 11 Jolesz F A, Bleier A R, Jakab P et al. MR imaging of laser-tissue interactions.  Radiology. 1988;  168 249-253
• 12 Hacker A, Vallo S, Weiss C et al. Technical characterization of a new bipolar and multipolar radiofrequency device for minimally invasive treatment of renal tumours.  BJU Int. 2006;  97 822-828
• 13 Lorentzen T. A cooled needle electrode for radiofrequency tissue ablation: thermodynamic aspects of improved performance compared with conventional needle design.  Acad Radiol. 1996;  3 556-563
• 14 Goldberg S N, Gazelle G S, Solbiati L et al. Radiofrequency tissue ablation: increased lesion diameter with a perfusion electrode.  Acad Radiol. 1996;  3 636-644
• 15 Seror O, Lepetit-Coiffe M, Quesson B et al. Quantitative magnetic resonance temperature mapping for real-time monitoring of radiofrequency ablation of the liver: an ex vivo study.  Eur Radiol. 2006;  16 2265-2274
• 16 Kim S K, Seo J W. Radiofrequency ablation with a new perfused-cooled electrode using a single pump: an experimental study in ex vivo bovine liver.  Cardiovasc Intervent Radiol. 2005;  28 779-788
• 17 Chung Y C, Duerk J L, Lewin J S. Generation and observation of radio frequency thermal lesion ablation for interventional magnetic resonance imaging.  Invest Radiol. 1997;  32 466-474
• 18 Graham S J, Chen L, Leitch M et al. Quantifying tissue damage due to focused ultrasound heating observed by MRI.  Magn Reson Med. 1999;  41 321-328
• 19 Haase A, Matthaei D, Bartkowski R et al. Inversion recovery snapshot FLASH MR imaging.  J Comput Assist Tomogr. 1989;  13 1036-1040
• 20 Kremser C, Trieb T, Rudisch A et al. Dynamic T(1) mapping predicts outcome of chemoradiation therapy in primary rectal carcinoma: sequence implementation and data analysis.  J Magn Reson Imaging. 2007;  26 662-671
• 21 Bottomley P A, Foster T H, Argersinger R E et al. A review of normal tissue hydrogen NMR relaxation times and relaxation mechanisms from 1 – 100 MHz: dependence on tissue type, NMR frequency, temperature, species, excision, and age.  Med Phys. 1984;  11 425-448
• 22 Bazelaire C M, Duhamel G D, Rofsky N M et al. MR imaging relaxation times of abdominal and pelvic tissues measured in vivo at 3.0T: preliminary results.  Radiology. 2004;  230 652-659
• 23 Okuda de S, Kuroda K, Oshio K et al. MR-based temperature monitoring for hot saline injection therapy.  J Magn Reson Imaging. 2000;  12 330-338
• 24 Bangard C, Stippel D L, Berg F et al. Conspicuity of zones of ablation after radiofrequency ablation in porcine livers: comparison of an extracellular and an SPIO contrast agent.  J Magn Reson Imaging. 2008;  28 263-270
• 25 Goldberg S N, Gazelle G S, Compton C C et al. Treatment of intrahepatic malignancy with radiofrequency ablation: radiologic-pathologic correlation.  Cancer. 2000;  88 2452-2463
• 26 Bruners P, Schmitz-Rode T, Gunther R W et al. Multipolare Radiofrequenzablation der Leber mit bis zu sechs Applikatoren: erste Ergebnisse.  Fortschr Röntgenstr. 2008;  180 216-222
• 27 Boss A, Rempp H, Martirosian P et al. Wide-bore 1.5 Tesla MR imagers for guidance and monitoring of radiofrequency ablation of renal cell carcinoma: initial experience on feasibility.  Eur Radiol. 2008;  18 1449-1455
• 28 Eickmeyer F, Schwarzmaier H J, Muller F P et al. Langzeitüberleben nach laserinduzierter interstitieller Thermotherapie kolorektaler Lebermetastasen – ein Vergleich erster klinischer Erfahrungen mit aktuellen Behandlungsergebnissen.  Fortschr Röntgenstr. 2008;  180 35-41