Die kryochirurgische Ablation von Knochengewebe mittels einer neuartigen Miniaturkryosonde - Adaptation der Methodik für die Anwendung am Knochen in vitro und in vivo

Zusammenfassung.

Studienziel: Die Verwendung moderner Miniaturkryosonden zur lokalen Tumorabtötung unter Schonung des gesunden, umgebenden Gewebes ist bisher nur an Weichteiltumoren beschrieben. In der vorliegenden Studie wurde die Methodik für die Kryoablation von Knochengewebe adaptiert und die Kühlleistung der Sonde in vitro und in vivo geprüft. Methode: Die Frierungen wurden unter thermischer Kontrolle mit ein bzw. zwei 3,2 mm durchmessenden Kryosonden durchgeführt, welche mittels flüssigem Stickstoff auf - 180 °C heruntergekühlt wurden. Die Kühlleistung der Sonde wurde zunächst an humanen Kadaverknochen (Tibia) evaluiert. Im Anschluss erfolgte die In-vivo-Frierung an der distalen Femurmetaphyse und proximalen Tibiametaphyse am Schafmodell. Ergebnisse: Die In-vitro-Frierungen zeigten bei guter Ankopplung der Sonde sowohl bei Frierungen mit einer wie mit zwei Sonden eine suffiziente Gewebsabkühlung mit einem synergistischen Gefriereffekt bei simultaner Verwendung zweier Sonden. Bei den Frierungen in vivo wurden bedingt durch die Körperwärme flachere Temperaturverlaufskurven beobachtet, wobei unter Ausnutzung des synergistischen Gefriereffekts dennoch Temperaturen von unter - 50 °C in 1 cm Entfernung von den Sonden erreicht wurde. lntraoperative lokale oder sytemische Komplikationen wurden nicht beobachtet. Schlussfolgerung: Die Untersuchung konnte zeigen, dass bei idealer Ankopplung der Sonde an die Knochenmatrix auch bei In-vivo-Frierungen eine adäquate Gewebeabkühlung erreicht werden kann, so dass nach weiteren In-vivo-Testungen ein Einsatz dieser Sonde als Alternative oder Ergänzung zu resezierenden Verfahren bei pathologisch verändertem Knochengewebe möglich erscheint.

Aim: Up to now, modern miniature cryoprobes have been used successfully for local destruction of soft tissue tumors without damaging adjacent healthy tissue. In this study, the methodology of cryoablation was applied to bone and the freezing effect as well as the cooling capacity of the probe was examined in vivo and in vitro. Method: Freezing was performed by cooling one or two probes, with a diameter of 3.2 mm to - 180 °C with liquid nitrogen. The cooling capacity of the probes was determined under thermic control by an in vitro measurement on human bone, followed by an in vivo measurement on femoral and tibia bones of a sheep. Results: The in vitro freezings achieved a suffizient tissue cooling using one or two cryoprobes. The simultaneous use of 2 probes resulted in a synergistic effect between the probes. According to the body heat, the registered temperatur curves, during the in vivo freezings, showed a more flat trend. Nevertheless, temperatures below - 50 °C were achieved at a distance of 1 cm from the probe due to the synergistic effect. Local or systemical intraoperative complications have not been observed. Conclusion: An adequate tissue cooling of bone matrix can be achieved within in vivo freezings through the use of one or more miniature cryoprobes so that the use of this probe could possibly become an alternative or supplement to the surgical resection of pathologic bone processes.

Schlüsselwörter:

Kryochirurgie - Miniaturkryosonden - Knochentumoren

Key words:

Cryosurgery - miniature cryoprobes - bone tumors

Literatur

• 01 Goldenberg  R R, Champbell  C J, Bonfiglio  M. Giant Cell Tumor of Bone. An Analysis of Two Hundred and Eighteen Cases.  J Bone Jt Surg. 1970;  52A 619-664
• 02 Hoekstra  H F, Schraffordt Koops  H, Oeseburg  H B, Oldhoff  J. The Extensive Giant-Cell Tumours of the Proximal Humerus Treated by Resection-Reconstruction or Excochleation-cryosurgery.  Archivum Chirurgicum Neerlandicum. 1979;  1 49-55
• 03 Marcove  R C, Miller  T R, Cahan  W C. The Treatment of Primary and Metastatic Bone Tumors by Repetitive Freezing.  Bull N Acad Med. 1968;  44, No 5 532-544
• 04 Marcove  P C, Miller  T R. The Treatment of Primary and Metastatic Localized Bone Tumors by Cryosurgery.  Surgical Clinics of North America. 1969;  49, No 2 421-430
• 05 Marcove  P C, Lyden  J P, Huvos  A G, Bullough  P B. Giant-Cell Tumors Treated by Cryosurgery.  J Bone Jt Surg. 1973;  55A, No 8 1633-1644
• 06 Marcove  R C, Searfoss  R C, Whitmore  W F, Grabstald  H. Cryosurgery in the Treatment of Bone Metastases from Renal Cell Carcinoma.  Clinical Orthopaedics and Releated Research. 1977;  127 220-227
• 07 Marcove  P C, Weis  L D, Vaghaiwalla  M RT, Person  R, Huvos  A G. Cryosurgery in the Treatment of Giant Cell Tumors of the bone.  Cancer. 1978;  41 957-969
• 08 Marcove  R C, Sheth  D S, Brien  E W, Huvos  A G, Healey  J H. Conservative Surgery for Giant Cell Tumors of the Sacrum.  Cancer. 1994;  Vol 74, No 4 1253-1260
• 09 Oeseburg  H B, Rogge  C WL, Schraffordt Koops  H, Oldhoff  J. Cryosurgical Treatment of Aneurysmal Bone Cysts.  Journal of surgical Oncology. 1978;  10 9-20
• 10 Regling  G. Kryochirurgie für die Orthopädie - Möglichkeiten einer Kältedestruktion bei schwer behandelbaren Knochentumoren.  Beitr Orthop. 1974;  12 716-724
• 11 Gage  A A, Greene  G W, Neiders  M E, Emmings  F G. Freezing bone without excision. An experimental study of bone-cell destruction and manner of regrowth in dogs.  JAMA. 1966;  196 770-774
• 12 Schreuder  H BW, v Beem  H BH, Veth  R PH. Venous Gas Embolism During Cryosurgery for Bone Tumors.  Journal of Surgical Oncology. 1995;  60 196-200
• 13 Cooper  I S. Cryogenic Surgery. A new method of destruction or exstirpation of benign or malignant tissues.  New England J Med. 1963;  268 743-749
• 14 Kerschbaumer  F, Russe  W, Bauer  R. Grundlagen der Kryochirurgie in der Orthopädie.  Orthopäde. 1984;  13 133-141
• 15 Russe  W, Kerschbaumer  F, Bauer  R. Kryochirurgie in der Orthopädie - Klinischer Teil.  Orthopäde. 1984;  13 142-150
• 16 Berger  W K, Schüder  G, Feifel  G. Temperaturverteilungsmuster im Lebergewebe bei Einfriervorgängen mit neuen Kryosonden.  Chirurg. 1996;  67 833-838
• 17 Adam  R, Akpinar  E, Johann  M, Kunstliner  F, Majno  P, Bismuth  H. Place of cryosurgery in the treatment of malignant liver tumors.  Ann Surg. 1997;  225 39-50
• 18 Charnley  R M, Doran  J, Morris  D L. Cryotherapy for liver metastases - a new approach.  Br J Surg. 1989;  76 1040-1041
• 19 Onik  G, Rubinsky  B, Zemel  R, Weaver  L, Diamond  D, Cobb  C, Porterfield  B. Ultrasound-Guided Hepatic Cryosurgery in the Treatment of Metastatic Colon Carcinoma. Preliminary Results.  Cancer. 1991;  67 901-907
• 20 Ravikumar  T S, Kane  R, Cady  B, Jenkins  R L, McDermott  W, Onik  G, Clouse  M, Steele Jr  G. Hepatic Cryosurgery With Intraoperative Ultrasound Monitoring for Metastatic Colon Carcinoma.  Arch Surg. 1987;  122 403-409
• 21 Shafir  M, Shapiro  R, Sung  M, Warner  R, Sicular  A, Klipfel  A. Cryoablation of unresectable malignant liver tumors.  Am J Surg. 1996;  171 27-31
• 22 Zhou  X-D, Tang  Z-Y, Yu  Y-Q, Ma  Z-C. Clinical Evaluation of Cryosurgery in the Treatment of Primary Liver Cancer. Report of 60 Cases.  Cancer. 1988;  61 1889-1892
• 23 Zhou  X-D, Tang  Z-Y, Weng  J, Ma  Z, Zhang  B, Zheng  K. The role of cryosurgery in the treatment of hepatic cancer - a report of 113 cases.  J. Cancer Res Clin Oncol. 1993;  120 100-102
• 24 Gage  A A, Baust  J. Mechanisms of tissue injury in cryosurgery.  Cryobiology. 1998;  37 (3) 171-186
• 25 Rewcastle  J C, Sandison  G A, Hahn  L J, Saliken  J C, McKinnon  J G, Donnelly  B J. A model for the time-dependent thermal distribution within an iceball surrounding a cryoprobe.  Phys Med Bio. 1998;  43 (12) 3519-3534
• 26 Saliken  J C, Cohen  J, Miller  R, Rothert  M. Laboratory evaluation of ice formation around a 3-mm Accuprobe.  Cryobiology. 1995;  32 285-295