췌장 병변의 EUS 유도 레이저 절제에서 사전 계획 수학적 모델 (LA-EUS MOD)

췌관 선암(PDAC)은 서방 국가에서 암 사망의 네 번째 원인이며, 미국에서 2020년에 57,600건의 새로운 사례와 47,050건의 사망이 추정됩니다.

이 치명적인 질병으로 인한 사망자 수가 급격히 증가하고 있기 때문에 2030년까지 종양 관련 사망의 두 번째 주요 원인이 될 것으로 추정됩니다.

PDAC의 높은 사망률은 i) 조기 진단 불량, ii) 심각한 생물학적 공격성, iii) 전신 요법에 대한 반응 부족을 포함한 여러 원인에 기인합니다.

현재 외과적 절제술, 즉 췌장절제술은 장기 생존을 증가시킬 가능성이 있는 유일하게 널리 받아들여지는 치료 옵션입니다. 그러나 환자의 20%만이 진단 당시 적절한 수술 대상자입니다. 대부분의 환자에서 질병은 진행성 또는 전이성 경기장에 있으며 외과 적 절제는 가능한 옵션을 나타내지 않습니다. 이 마지막 경우에는 완화 솔루션만 사용할 수 있습니다.

요즘 방사선 요법 및 화학 요법과 시너지 효과를 낼 수 있는 새롭고 대체적인 치료 전략에 대한 조사에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이러한 방법에는 종양 덩어리를 줄이기 위한 복강경, 경피 또는 초음파 내시경(EUS) 유도 및 국소 절제를 통해 병변 내에 항종양제를 접종하는 것이 포함됩니다.

이 솔루션은 화학 요법 후 질병 퇴행이나 진행의 징후 없이 안정된 환자에게 특히 유익할 수 있습니다. 절제는 고주파, 마이크로웨이브 및 레이저를 포함한 다양한 종류의 에너지원으로 얻을 수 있습니다.

인간 환자에 대한 EUS 유도 LA의 첫 번째 연구는 최근 수술이 불가능하고 국소적으로 진행된 PDAC의 경우 EUS 유도 LA의 타당성에 대한 전향적 연구를 수행한 Di Matteo와 공동 작업자에 의해 수행되었습니다. 3기 췌장암 환자 총 9명을 선별하여 EUS 유도 LA를 시행하였다. 섬유를 병변의 상부에 배치하고 다음 레이저 출력 매개 변수를 적용했습니다. 800J, 1000J 또는 1200J의 경우 2W; 800J, 1000J 또는 1200J의 경우 3W, 800J, 1000J 또는 1200J의 경우 4W 적용 시간은 전력 값에 따라 자동으로 200~600초 범위입니다. 절차의 기술적 실행에 어려움이 없었습니다. 섬유는 레이저 에너지를 적용하는 전체 기간 동안 대상 병변 내에서 명확하게 볼 수 있었습니다. 절차 동안, 섬유의 끝은 고에코 영역에 의해 점진적으로 둘러싸였습니다. 이 효과는 병변 내부 바늘의 endosonographic 시각화를 손상시키지 않았습니다. 절제의 끝에서 EUS는 탐침의 경로를 따라 고에코 영역을 가진 비균질 조직으로 둘러싸인 고에코 영역을 강조했습니다. 관련된 합병증은 발견되지 않았습니다. 24시간, 7일 및 30일 후 대조군 CT 스캔은 잘 정의된 응고 괴사 영역을 보여주었습니다. 800J에서 얻은 평균 절제 부피는 85% 감소했습니다(24시간 후 1.18cm3, 30일 후 0.17cm3). 1000J에서 얻은 평균 절제 용적은 76% 감소했습니다(24시간 후 3.16cm3, 30일 후 0.80cm3). 마지막으로, 1200J에서의 평균 절제 용적은 치료 30일 후 44% 감소했습니다(24시간 후 1.77cm3, 30일 후 0.98cm3). 이러한 결과에 따르면 4W/1000J 전원 구성이 임상 합병증 없이 가장 큰 절제 용적을 달성했습니다.

병변의 완전한 치료를 목표로 하는 연구를 수행하기 위해서는 병변의 크기와 위치에 특정한 레이저 매개변수를 식별하는 것이 필요합니다. Paiella의 최근 연구에서 확인된 바와 같이 레이저 장치의 설정 및 취급 선택에는 특정 학습 곡선이 필요합니다. 따라서 설정 매개변수의 예측 수학적 모델은 절제 절차를 단순화하는 데 매우 유용할 수 있습니다. 또한, 올바른 매개 변수가 없으면 급성 췌장염, 인접 혈관 구조의 출혈, 십이지장 천공 또는 담도 병변과 같은 몇 가지 잠재적인 합병증이 발생할 수 있습니다.

LA에 대한 예측 모델의 효과는 췌장과 다른 조직 모두에 대한 일부 생체 외 및 전임상 연구에서 이미 입증되었습니다.

위의 모든 측면을 고려하여 본 프로토콜은 EUS 유도 LA를 통해 췌장 병변 절제 시 레이저 설정 계산을 위한 예측 수학적 모델의 분석 및 적용 가능성을 목표로 하는 전향적 중재 연구를 제시합니다.

조사관은 종양의 크기와 혈관의 근접성과 같은 일부 해부학적 특성을 고려하여 레이저 매개변수(파워, 치료 시간)를 계산하기 위해 수학적 모델을 사용할 것입니다. 이 연구의 목적은 유럽 프로젝트 LASER OPTIMAL(Laser Ablation: Selectivity and Monitoring for Optimal Tumor Removal, GA 759159, http://www.laseroptimal.polimi.it/)의 목표에 속하며 Saccomandi 교수는 연구 책임자입니다. Di Matteo 박사는 임상 시술 전문가입니다.

이것은 Fondazione Policlinico Universitario Campus Bio-Medico("조정 센터")의 Operative Digestive Endoscopy UOC와 Politecnico di Milano의 기계공학과라는 두 이탈리아 센터가 참여하는 전향적 중재 연구입니다.

이것은 비상업적 목적을 가진 비통제, 비무작위 개입 타당성 연구입니다.

Fondazione Policlinico Universitario Campus Bio-Medico의 수술용 소화 내시경 UOC는 환자 등록 및 의료 절차 수행을 담당합니다. Politecnico di Milano의 기계 공학과에서는 수학적 모델을 사용하여 레이저 매개변수 추정 작업을 수행합니다. 목적을 위해 후보자의 수술 전 방사선 이미지가 사용됩니다.

3기 및 4기 PDAC 환자; 기능하지 않거나 기능하는 신경내분비 종양; 신장 세포 암종의 췌장 전이가 평가되고 자격이 있는 경우 연구에 포함됩니다.

모든 환자는 등록부터 사망 또는 연구 종료까지 조정 센터에서 추적됩니다.

연구 절차 설명:

1. 수술 전 방사선 이미지 획득.

   LA EUS 유도 절차 전 7일 이내에 수집된 MR 이미지는 연구 공동 작업자가 환자의 모델을 재구성하는 데 사용됩니다. 종양 크기와 혈관 근접성과 같은 일부 해부학적 특징이 환자의 모델에 사용됩니다. Scott 등이 설명한 절차에 따라 이미지 분할, 3D 형상 재구성 및 레이저-조직 상호 작용의 수학적 시뮬레이션 기술을 사용하여 레이저의 최적 매개변수(전력, 에너지, 시간)를 추정합니다. 구체적으로, Mimics Innovation Suite 소프트웨어를 사용하여 관심 있는 해부학적 부분(췌장, 종양, 주변 구조)의 3D 형상을 얻습니다. 그런 다음 유한 요소 계산 소프트웨어(Comsol Multiphysics)로 가져와 정확하고 환자별 설정을 계산할 수 있습니다.

2. 수학적 모델을 통한 레이저 파라미터 설정 추정

   수학적 모델은 이전에 Scott 등이 제안한 상업용 Comsol Multiphysics 소프트웨어를 사용하여 구현된 유한 요소 시뮬레이션을 기반으로 합니다. 레이저 설정은 이전에 Saccomandi 등이 수행한 Di Matteo 및 동료의 실험에서 계산된 값을 기반으로 합니다. 생체 외 모델에서. 연구의 이 부분은 유럽 LASEROPTIMAL 프로젝트(www.laseroptimal.polimi.it)의 일환으로 Politecnico di Milano의 기계공학과와 협력하여 수행됩니다. Paola Saccomandi가 조정하고 Dr. Di Matteo는 외부 전문가입니다.

3. LA EUS 가이드

EUS는 FUJIFILM EG-580UT 선형 내시경으로 수행됩니다. 절차는 왼쪽 옆구리에 위치한 깊은 진정 상태에서 환자에게 수행됩니다.

예방적 항생제는 시술 직전과 시술 후 3일 동안 투여합니다(세프트리악손 1g 1일 2회 정맥주사). LA는 300μm 광섬유(EUFOTON)에 의해 안내되는 980nm 레이저 광(EUFOTON 레이저 스펙트럼)으로 수행됩니다. 22 게이지 바늘(Boston Scientific Expect Slimline)이 광섬유 배치에 사용됩니다.

바늘 끝에서 섬유 끝의 돌출은 5mm여야 합니다. 종양 내부에 섬유를 올바르게 배치한 후 절제 치료를 시작할 수 있습니다. 병변 내부에 들어가면 바늘이 약간 후퇴하고 섬유가 바늘 끝에서 5mm 길이로 부드럽게 밀려 나옵니다. 섬유는 병변의 상단에 배치되고 레이저가 켜집니다. 수학적 모델에 의해 추정된 레이저 설정이 사용됩니다. 절제의 총 수는 병변 및 위치의 방사선 특성에 따라 달라집니다. 섬유 끝, 주요 용기의 벽 및 존재할 수 있는 금속 스텐트 사이에 1cm가 있도록 특별한 주의를 기울여야 합니다.