膵臓病変の EUS 誘導レーザーアブレーションにおける数学的モデルの事前計画 (LA-EUS MOD)

膵管腺癌 (PDAC) は、西側諸国における癌による死亡の 4 番目の原因であり、米国では 2020 年に 57,600 人の新規症例と 47,050 人の死亡が推定されています。

この致命的な疾患による死亡者数は急速に増加しているため、2030 年までに腫瘍関連の死亡原因の第 2 位になると推定されています。

PDAC の高い死亡率は、次のようないくつかの原因によるものです。i) 初期診断が不十分である、ii) 深刻な生物学的攻撃性、および iii) 全身療法に対する反応の欠如。

現在、外科的切除、すなわち膵臓切除術は、長期生存率を高める可能性がある、広く受け入れられている唯一の治療オプションです。 ただし、診断時に適切な手術候補となる患者はわずか 20% です。 大多数の患者では、疾患は進行性または転移性スタジアムにあり、外科的切除は可能な選択肢ではありません。 これらの最後のケースでは、緩和的な解決策しかありません。

今日では、放射線療法や化学療法と相乗的に使用できる、新しい代替治療戦略の調査への関心が高まっています。 これらの方法には、腹腔鏡、経皮的またはエコー内視鏡（EUS）誘導および局所領域切除による病変内への抗腫瘍剤の接種が含まれ、腫瘍塊を減少させる。

この解決策は、化学療法後に安定しており、疾患の退行や進行の兆候がない患者にとって特に有益である可能性があります。 アブレーションは、高周波、マイクロ波、レーザーなど、さまざまな種類のエネルギー源で行うことができます。

ヒト患者に対する EUS 誘導 LA の最初の研究は、手術不能で局所的に進行した PDAC の場合の EUS 誘導 LA の実現可能性に関する前向き研究を最近実施した Di Matteo と共同研究者によって実施されました。 ステージ III の膵臓癌の合計 9 人の患者がスクリーニングされ、EUS ガイド下の LA を受けました。 ファイバーは病変の上部に配置され、次のレーザー出力パラメーターが適用されました。800 J、1000 J、または 1200 J の場合は 2 W。 800 J、1000 J、または 1200 J の場合は 3 W。 800 J、1000 J、または 1200 J の場合は 4 W。 適用時間は、パワー値に応じて、200 ～ 600 秒の範囲で自動的に調整されます。 手順の技術的な実行に問題はありませんでした。 ファイバーは、レーザー エネルギーを適用している間ずっと、標的病変内にはっきりと見えていました。 処置中、ファイバーの先端は次第に高エコー領域に囲まれました。 この効果は、病変内の針の内視鏡による可視化を損なうものではありませんでした。 アブレーションの最後に、EUS はプローブの経路に沿った高エコー領域を強調し、高エコー領域を持つ不均一な組織に囲まれていました。 関連する合併症は見つかりませんでした。 24時間、7日、および30日後の対照CTスキャンは、明確な凝固性壊死領域を示した。 800 J で得られた平均アブレーション ボリュームは 85% 減少しました (30 日後の 0.17 cm3 に対して 24 時間後の 1.18 cm3)。 1000 J で得られた平均アブレーション ボリュームは 76% 減少しました (30 日後の 0.80 cm3 に対して 24 時間後の 3.16 cm3)。 最後に、1200 J での平均焼灼量は、治療から 30 日後に 44% 減少しました (30 日後の 0.98 cm3 に対して 24 時間後の 1.77 cm3)。 これらの結果によると、4 W / 1000 J の電力構成は、臨床的な合併症なしで最大のアブレーション ボリュームを達成しました。

病変の完全な治療を目的とした研究を行うには、病変のサイズと位置に固有のレーザーパラメータを特定する必要があります。 Paiella による最近の研究で明らかになったように、レーザー装置の設定と取り扱いの選択には、一定の学習曲線が必要です。 したがって、設定パラメータの予測数学モデルは、アブレーション手順を簡素化するために非常に有益です。 さらに、正しいパラメーターがない場合、急性膵炎、隣接する血管構造からの出血、十二指腸穿孔ま​​たは胆道の病変など、いくつかの潜在的な合併症が発生する可能性があります。

LAの予測モデルの有効性は、膵臓と他の組織の両方で、いくつかのex vivoおよび前臨床研究ですでに実証されています。

上記のすべての側面を考慮して、現在のプロトコルは、EUS ガイド付き LA による膵臓病変のアブレーションにおけるレーザー設定の計算のための予測数学モデルの分析と適用性を目的とした前向き介入研究を提示します。

研究者は、腫瘍のサイズと血管の近接性などの解剖学的特徴を考慮して、レーザー パラメーター (出力、治療時間) の計算に数学モデルを使用します。 この研究の目的は、ヨーロッパのプロジェクト LASER OPTIMAL (レーザー アブレーション: 最適な腫瘍除去のための選択性とモニタリング、GA 759159、http://www.laseroptimal.polimi.it/) の目的の範囲内にあり、Saccomandi 教授が主任研究者です。ディ・マッテオ博士は臨床処置の専門家です。

これは、イタリアの 2 つのセンター、Fondazione Policlinico Universitario Campus Bio-Medico の Operative Digestive Endoscopy UOC (「調整センター」) と Politecnico di Milano の機械工学科が関与する前向き介入研究です。

これは、非営利目的の非管理、非無作為介入の実現可能性研究です。

Fondazione Policlinico Universitario Campus Bio-Medico の Operative Digestive Endoscopy UOC は、患者の登録と医療処置の実施を担当します。 ミラノ工科大学の機械工学科は、数学モデルを使用したレーザー パラメータの推定に取り組みます。 この目的のために、候補者の手術前の放射線画像が使用されます。

III期およびIV期のPDACの患者;非機能性または機能性神経内分泌腫瘍;腎細胞癌からの膵臓転移は評価され、適格な場合は研究に含まれます。

すべての患者は、登録から死亡または研究の終了まで、調整センターで追跡されます。

研究手順の説明:

1. 術前放射線画像取得。

   LA EUS誘導手順の7日前に収集されたMR画像は、患者のモデルを再構築するために研究協力者によって使用されます。 腫瘍のサイズと、血管の近さなどの解剖学的特徴が、患者のモデルで使用されます。 スコットらによって記述された手順に従って、画像セグメンテーション、3D ジオメトリ再構成、およびレーザーと組織の相互作用の数学的シミュレーションの手法を使用して、レーザーの最適なパラメーター (出力、エネルギー、時間) を推定します。 具体的には、Mimics Innovation Suite ソフトウェアを使用して、関心のある解剖学的部分 (膵臓、腫瘍、周囲の構造) の 3D ジオメトリを取得します。 これは、有限要素計算ソフトウェア (Comsol Multiphysics) にインポートされ、患者固有の正確な設定を計算できるようになります。

2. 数理モデルによるレーザーパラメータ設定の推定

   数学的モデルは、スコットらによって以前に提案されたように、商用の Comsol Multiphysics ソフトウェアを使用して実装された有限要素シミュレーションに基づいています。 レーザーの設定は、Saccomandi らによって以前に実行されたように、Di Matteo と同僚の実験で計算された値に基づいています。 ex vivo モデルで。 研究のこの部分は、ヨーロッパの LASEROPTIMAL プロジェクト (www.laseroptimal.polimi.it) の一環として、ミラノ工科大学の機械工学科と協力して実施されます。 パオラ・サッコマンディがコーディネートし、ディ・マッテオ博士が外部の専門家です。

3. LA EUSガイド付き

EUS は FUJIFILM EG-580UT リニア内視鏡で実施されます。 手順は、深い鎮静下で、左側腹部に配置された患者に対して実行されます。

予防的抗生物質は、手順の直前と次の3日間投与されます（セフトリアキソン1 gを1日2回静脈内投与）。 LA は、300 μm の光ファイバー (EUFOTON) によって導かれる 980 nm のレーザー光 (EUFOTON Laser Spectrum) で実行されます。 光ファイバーの配置には 22 ゲージ針 (Boston Scientific Expect Slimline) が使用されます。

針先からのファイバー端の突出量は 5 mm である必要があります。 腫瘍内にファイバーを正しく配置した後、アブレーション治療を開始できます。 病変の内側に入ると、針はわずかに引き込まれ、ファイバーは針の先端から 5 mm の長さで静かに押し出されます。 ファイバーは病変の上部に配置され、レーザーがオンになります。 数学モデルによって推定されたレーザー設定が使用されます。 アブレーションの総数は、病変と位置の放射線学的特徴によって異なります。 ファイバーの先端、主血管の壁、および存在する可能性のある金属ステントの間に 1 cm の間隔を空けるように、特別な注意を払う必要があります。