Evaluation of Bipolar Radiofrequency Ablation of the Native and Stented Bile Duct: In Vivo and In Vitro Study

Abstract

서론: 고주파 열치료(radiofrequency ablation, RFA)는 간세포암과 고도 이형성이 동반된 바레트 식도의 치료에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 근래에 담관 RFA를 위한 양극성 RFA 카테터가 개발되었다. RFA는 수술을 받기 어려운 간외 담관암 환자의 생존을 증가시킬 가능성이 있으며, 수술적 치료가 불가능한 악성 담관 폐쇄의 치료에 사용되는 자가 팽창성 금속 스텐트(self-expandable metal stent, SEMS)의 개존 기간을 연장할 가능성이 있다. 본 연구의 목표는 사용 전력에 따른 양극성 담관 RFA의 효과를 정상 및 SEMS 삽입 돼지 담관에서 확인하고, 폴리아크릴아미드 겔 모형을 이용하여 SEMS 삽입 후 조직 내성장이 발생한 악성 담관 폐쇄에서 양극성 RFA의 효과를 시뮬레이션하고자 하였다. 방법: 총 6 마리의 돼지를 사용하였다(정상 담관 RFA 3 마리, 비피막형 SEMS를 삽입한 담관 RFA 3 마리). 전신 마취 후, 중간선 개복술을 시행하여 복강내에서 십이지장을 확인한 후, 십이지장을 절개하여 담관 개구부를 확인하였다. 정상 돼지 담관의 RFA 방법은 다음과 같다. RFA 카테터를 담관 입구에서 역행성으로 진행시킨 후, 돼지 한 마리 당 서로 다른 세 부위(근위부/중간부/원위부 담관)에 대해 동일한 전력으로 90초간 RFA를 시행하였다. 돼지별로 각각 5 W, 7 W, 10 W의 전력으로 RFA를 시행하였다. SEMS를 삽입한 돼지 담관의 RFA 방법은 다음과 같다. 담관 개구부 확인 후 담관 내에 비피막형 SEMS를 삽입하였다. SEMS 내강 내로 RFA 카테터를 진입시킨 후 세 마리의 돼지에 대해 RFA를 10 W의 전력으로 90초 간 한 위치에만 시행하였다. 시술 후 실험 동물들을 안락사한 후, 담관을 절제하였으며, 절제된 담관에 대해 병리학적 검사를 통하여 응고 괴사의 범위를 평가하였다. 또한 비피막형 SEMS와 피막형 SEMS를 넣은 폴리아크릴아미드 겔 모형을 제작한 후 10 W의 전력으로 30초 간 RFA를 시행하여 RFA의 범위를 평가하였다. 결과: 정상 돼지 담관의 RFA 깊이는 5 W, 7 W, 10 W에서 각각 0.9 ± 0.3, 1.5 ± 0.2, 2.3 ± 0.6 mm였다(analysis of variance

P = 0.02). RFA 전력과 RFA 깊이 사이에는 선형 관계가 있었다 (r2 = 0.78

P = 0.003). SEMS를 삽입한 돼지 담관에서는 RFA의 범위가 RFA 카테터의 전극 사이에 국한되었으며, 10 W의 전력에서 RFA의 깊이는 점막 표면에 국한되었다. 비피막형 SEMS를 넣은 폴리아크릴아미드 겔 모형에 대해 RFA를 시행했을 때에는 응고 부위가 SEMS에 닿자 전원의 차단이 발생하였다. 손상된 피막형 SEMS를 넣은 폴리아크릴아미드 겔 모형에 대해 RFA를 시행하였을 때에는 전원의 조기 차단은 발생하지 않았다. 10개의 겔 모형 중 5개에서 응고의 범위가 피막형 SEMS 내강내에 국한되었고, 나머지 5개에서는 응고의 범위가 피막형 SEMS의 벽 외부까지 확장되었다. 결론: 간외 담관암에서 양극성 RFA 치료는 비교적 안전하게 적용될 수 있을 것으로 생각된다. 그러나 비피막형 SEMS 내로 내성장한 종양이 있으면 양극성 RFA 효과가 SEMS 내강 내에서도 각각의 전극 주변에 부분적으로만 발생하고, SEMS 밖으로는 미칠 수 없어서 효과가 떨어질 것으로 판단된다. 이와는 대조적으로 피막형 SEMS 내로 종양의 내성장이 발생한 경우에는 양극성 RFA 효과가 SEMS 내강뿐만 아니라 SEMS 밖으로도 어느 정도 미칠 수가 있어서 치료를 시도해 볼 수 있을 것으로 생각된다.

Introduction: Radiofrequency ablation (RFA) has been shown to be effective in the management of hepatocellular carcinoma and Barretts esophagus with high-grade dysplasia. Recently, bipolar RFA catheters for endobiliary RFA have been introduced. RFA may prolong the survival of poor surgical candidates with extrahepatic cholangiocarcinoma. Furthermore, it may prolong the patency of self-expandable metal stents (SEMSs) which are used in the palliation of unresectable malignant biliary obstruction. The aims of this study was to determine the effect of endobiliary bipolar RFA in the native and stented porcine bile duct according to different power settings, and to simulate the bipolar RFA effect on tissue ingrowth that causes SEMS occlusion using polyacrylamide gel phantom model. Methods: Six farm pigs (3 for RFA of the native bile duct and 3 for the RFA of the stented bile duct) were used for this study. After a midline laparotomy and a duodenotomy, the bile duct opening was identified. For RFA of the native bile duct, a bipolar RFA catheter was placed through the bile duct lumen. RFA settings were 5 W (n=1), 7 W (n=1), and 10 W (n=1)

the duration of RFA was 90 seconds. For the RFA of the stented bile duct, an uncovered SEMS was deployed in 3 pigs. The endobiliary RFA catheter was introduced through the lumen. The RFA setting was 10 W (n=3)

the duration was 90 seconds. The bile duct was examined for histological changes. In vitro simulation of RFA of tissue ingrowth in SEMS was done using polyacrylamide gel phantom model. RFA at power of 10 W and duration of 30 seconds was done to uncovered SEMS-embedded and covered SEMS-embedded gel phantoms and plain gel phantoms serving as controls. The RFA effects were compared. Results: In the native porcine bile duct, the depth of ablation was 0.9 ± 0.3, 1.5 ± 0.2, 2.3 ± 0.6 mm at 5, 7, and 10 W, respectively (analysis of variance

P = 0.02). There was a linear relationship between power and depth of ablation (r2 = 0.78

P = 0.003). In the stented bile ducts, the ablated area was distributed along the area adjacent to the electrodes of the RFA probe. The depth of ablation was limited to the superficial mucosa at 10 W. The RFA of uncovered SEMS-embedded gel phantoms resulted in early termination of RF generation upon contact of the coagulated area with the wire of the SEMS. In the damaged covered SEMS-embedded gel phantom model, early termination of RF generation was not observed. In half of the models, the coagulated area was confined within the covered SEMS lumen. In the other half, the coagulated area expanded beyond the wall of covered SEMS. Conclusions: Application of bipolar RFA to patients with extrahepatic cholangiocarcinoma may be safe and feasible. However, bipolar RFA of tissue ingrowth in uncovered SEMS might be of limited efficacy, as the RFA effect is limited around the individual electrodes and cannot reach beyond the SEMS wall. Bipolar RFA of tissue ingrowth in covered SEMS might be of more efficacy, as the RFA effect may reach beyond the wall of SEMS.