Innovationen

«High intensity focused ultrasound»

HIFU: therapeutische Ultraschallanwendung

DOI: https://doi.org/10.4414/smf.2018.03412
Veröffentlichung: 28.11.2018
Swiss Med Forum. 2018;18(49):1044-1045

Dr. med. Aurélien Dupréa,b , PhD; David Melodelimab, PhD

a Département de chirurgie, Centre Léon Bérard, Lyon, France; b Univérsité de Lyon, Inserm, LabTau, Lyon, France

Ultraschallwellen können in gebündelter und hochintensiver Form zu therapeutischen Zwecken eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um eine neue, nichtionisierende und nichtinvasive Therapie, die bei vielen Erkrankungen zum Einsatz kommt. Die bekannteste klinische Anwendung ist diejenige bei Prostatakrebs. Zahlreiche Forschungsprojekte zeigen einen möglichen Einsatz von HIFU bei vielen gut- und bösartigen ­Erkrankungen auf.

Wie kann mithilfe von HIFU erkranktes Gewebe behandelt werden?

Das Haupteinsatzgebiet von Ultraschall im medizinischen Bereich ist die Diagnostik mittels Sonographie und Dopplersonographie. Ebenso wie bei der Sonographie werden die Ultraschallwellen zu Therapiezwecken (hochintensiver fokussierter Ultraschall, «high intensity focused ultrasound» [HIFU]) auf einen Punkt oder einen Bereich gebündelt. Der Unterschied besteht darin, dass sie mehrere Sekunden lang kontinuierlich und mit einem sehr viel höheren Energiegrad abgegeben werden. Ultraschallenergie wird von biologischem Gewebe absorbiert, wodurch sich dessen Temperatur innerhalb weniger Sekunden auf bis zu 80 °C erhöhen kann. Dieser Temperaturanstieg ist ausschliesslich auf den fokussierten Bereich beschränkt und führt in Form einer Koagulationsnekrose zu einer irreversiblen Zerstörung des behandelten Gewebes [1].

Welche Vorteile hat HIFU?

Im Gegensatz zu Strahlenbehandlungen, bei denen Energie durch elektromagnetische Wellen übertragen wird, kommen beim HIFU mechanische, das heisst nichtionisierende Ultraschallwellen zum Einsatz. Demzufolge können die Behandlungen ohne Berücksichtigung einer Höchstdosis wiederholt werden [2]. Überdies können durch die Bündelung der Ultraschallwellen auch sehr tief liegende Organe auf nichtinvasive Weise behandelt werden [3]. Das heisst, dass HIFU im Gegensatz zu Behandlungen mit physikalischen Mitteln wie Radiofrequenz-, Laser-, Mikrowellen- und Kryotherapie ohne Inzision oder Punktion erfolgt. Thermische Behandlungen mit physikalischen Mitteln (Radiofrequenz- und Lasertherapie) bergen durch die thermische Konvektion aufgrund der Durchblutung ein Unterbehandlungsrisiko von Bereichen, die sich in der Nähe von Blutgefässen mit einem Durchmesser von über 5 mm befinden [4]. Durch die sehr rasche Temperaturerhöhung beim HIFU ist die Behandlung von der Durchblutung praktisch unabhängig [5]. HIFU-Behandlungen werden Magnetresonanztomographie(MRT)- oder Sonographie-gesteuert durchgeführt, wodurch eine millimetergenaue Zielerfassung [6] sowie die Darstellung des erhitzten Gewebebereichs in Echtzeit möglich sind [7].

Welche Nachteile bestehen derzeit bei ­einer HIFU-Therapie?

Jede HIFU-Anwendung führt zu einer kleinen elliptischen elementaren Gewebezerstörung, die typischerweise einen Durchmesser von 1–3 mm und eine Länge von 8–15 mm aufweist, also der Grösse eines Reiskorns entspricht. Daher müssen mehrere HIFU-Anwendungen nebeneinander erfolgen, um die gesamte Läsion abzudecken. Dazu sind mikrometrische robotergesteuerte Bewegungen des Schallgebers erforderlich. Aufgrund dessen entsteht eine lange Behandlungsdauer (von mehreren Dutzend Minuten [8] bis zu einigen Stunden [9]) und es muss eine ziemlich aufwendige Robotertechnik eingesetzt werden. Neuere Geräte verfügen über mehrere Schallgeber, damit die mikrome­trischen Bewegungen entfallen, was jedoch den Einsatz von kostenintensiven und sperrigen High-Tech-Elek­tronikgeräten erfordert.

Ein anderer bedeutender Nachteil betrifft Organe, die durch Knochenstrukturen oder Gasansammlungen ­geschützt sind. Die Ultraschallwellen werden durch Gasansammlungen fast vollständig reflektiert, während sie von Knochenstrukturen stark absorbiert werden, wodurch Sekundärläsionen entstehen können. Auch Atembewegungen können die Zielerfassung stark erschweren.

Welche klinischen Anwendungsbereiche gibt es?

Die «Focused Ultrasound Foundation» listet über 75 ­Erkrankungen auf, bei denen therapeutische Ultraschallanwendungen zum Einsatz kommen (https://www.fusfoundation.org/the-technology/state-of-the-technology). Die wichtigsten klinischen Anwendungsbereiche sind die Behandlung von Prostatakarzinomen [10], Uterusmyomen [11], hepatozellulären Karzinomen [12], Glaukomen [13] und essenziellem Tremor [14]. In der Prostatakrebstherapie kommt HIFU bereits am längsten zur Anwendung. Der erste Patient wurde im Jahr 1993 behandelt. Aufgrund des Behandlungserfolgs wurde HIFU bei Prostatakarzinomen von den europäischen Krankenversicherungen übernommen und von der «Food and Drug Administration» (FDA) zur Anwendung in den USA zugelassen. Vor Kurzem hat die FDA HIFU-Behandlungen auch bei essenziellem Tremor genehmigt.

Wie ist die klinische Wirksamkeit? ­Beispiel lokalisiertes Prostatakarzinom

Chirurgie und Strahlentherapie sind die beiden klassischen Therapiemöglichkeiten bei lokalisiertem Prostatakarzinom. Obgleich die onkologischen Resultate zufriedenstellend sind, gehen diese Behandlungsformen mit funktionellen Komplikationen (Harninkontinenz und sexueller Impotenz) und somit einer potentiellen Verschlechterung der Lebensqualität einher. Die aktuelle HIFU-Technologie nutzt eine Kombination aus Sonographie und MRT, mit der dieselben karzinologischen Resultate bei geringerer Morbidität erzielt werden [15].

Was sind die Perspektiven?

Dank der aktuellen technischen Entwicklungen können die meisten der oben genannten Einschränkungen behoben und insbesondere die vollständig nichtinvasive Behandlung von Hirngewebe [14] sowie von Bauchorganen [16] ermöglicht werden. Des Weiteren eröffnen sich mit der lokalen Medikamentenabgabe [17] und der Stimulation der Immunantwort nach der Behandlung [18] neue Forschungsgebiete.

Das Editorial zu diesem Artikel finden Sie auf S. 1027
in dieser Ausgabe.

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Korrespondenzadresse

Korrespondenz:
Dr. med. Aurélien Dupré, PhD
Département de chirurgie
Centre Léon Bérard
FR-69008 Lyon
aurelien.dupre[at]lyon.unicancer.fr

Literatur

1 Kennedy JE. High-intensity focused ultrasound in the treatment of solid tumours, Nat Rev Cancer. 2005;5:321–7.

2 Crouzet S, Blana A, Murat F J, Pasticier G, Brown SCW, Conti GN, et al. Salvage high-intensity focused ultrasound (HIFU) for locally recurrent prostate cancer after failed radiation therapy: Multi-institutional analysis of 418 patients. BJU Int. 2017;119:
896–904.

3 LeslieT, Ritchie R, Illing R, Ter Haar G, Phillips R, Middleton M, et al. High-intensity focused ultrasound treatment of liver tumours: post-treatment MRI correlates well with intra-operative estimates of treatment volume. Br J Radiol. 2012;85:1363–70.

4 Lin ZY, Li GL, Chen J, Chen ZW, Chen YP, Lin SZ. Effect of heat sink on the recurrence of small malignant hepatic tumors after radiofrequency ablation. J Cancer Res Ther. 2016;12:153–8.

5 MelodelimaD, N’DjinWA, Favre-Cabrera J, Parmentier H, Rivoire M, Chapelon JY. Thermal ablation produced using a surgical toroidal high-intensity focused ultrasound device is independent from hepatic inflow occlusion. Phys Med Biol. 2009;54:6353–68.

6 Iacopino DG, Gagliardo C, GiugnoA, Giammalva GR, Napoli A, Maugeri R, et al. Preliminary experience with a transcranial magnetic resonance-guided focused ultrasound surgery system integrated with a 1.5-T MRI unit in a series of patients with essential tremor and Parkinson’s disease. Neurosurg Focus. 2018;44:E7.

7 Melodelima D, Salomir R, Chapelon JY, Theillere Y, Moonen C, Cathignol D. Intraluminal high intensity ultrasound treatment in the esophagus under fast MR temperature mapping: In vivo studies. Magnetic Resonance in Medicine. 2005;54:975–982.

8 Tempany CM, Stewart EA, McDannold N, Quade BJ, Jolesz FA, HynynenK. MR imaging-guided focused ultrasound surgery of uterine leiomyomas: a feasibility study. Radiology. 2003;226:897–905.

9 Poissonnier L, Chapelon JY, Rouviere O, Curiel L, Bouvier R, Martin X, et al. Control of prostate cancer by transrectal HIFU in 227 patients. Eur Urol. 2007;51:381–7.

10 Rischmann P, Gelet A, Riche B, Villers A, Pasticier G, Bondil P, et al. Focal High Intensity Focused Ultrasound of Unilateral Localized Prostate Cancer: A Prospective Multicentric Hemiablation Study of 111 Patients. Eur Urol. 2017; 71:267–273.

11 Jacoby VL, Kohi MP, Poder L, Jacoby A, Lager J, Schembri M, et al. PROMISe trial: a pilot, randomized, placebo-controlled trial of magnetic resonance guided focused ultrasound for uterine fibroids. Fertil Steril. 2016;105:773–80.

12 Wang S, YangC, Zhang J, Kong XR, Zhu H, WuF, et al. First experience of high-intensity focused ultrasound combined with transcatheter arterial embolization as local control for hepatoblastoma. Hepatology. 2014;59:170–7.

13 Graber M, Khoueir Z, Beauchet A, Benhatchi N, Hammoud S, Lachkar Y. High intensity focused ultrasound as first line treatment in patients with chronic angle closure glaucoma at risk for malignant glaucoma. J Fr Ophtalmol. 2017;40:264–9.

14 Elias WJ, Huss D, Voss T, Loomba J, Khaled M, Zadicario E, et al.
A pilot study of focused ultrasound thalamotomy for essential tremor. N Engl J Med. 2013;369:640–8.

15 Crouzet S, Rebillard X, Chevallier D, Rischmann P, Pasticier G, Garcia G, et al. Multicentric oncologic outcomes of high-intensity focused ultrasound for localized prostate cancer in 803 patients. Eur Urol. 2010;58:559–66.

16 N’Djin WA, Chapelon JY and Melodelima D. An Ultrasound Image-Based Dynamic Fusion Modeling Method for Predicting the Quantitative Impact of In Vivo Liver Motion on Intraoperative HIFU Therapies: Investigations in a Porcine Model. PLoS One. 2015;10:0137317.

17 Salkho NM, Paul V, Kawak P, Vitor RF, Martins AM, Al Sayah M, et al. Ultrasonically controlled estrone-modified liposomes for estrogen-positive breast cancer therapy. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2018 Apr 12:1–11.

18 Mauri G, Nicosia L, Xu Z, Di Pietro S, Monfardini L, Bonomo G, et al. Focused ultrasound: tumour ablation and its potential to enhance immunological therapy to cancer. Br J Radiol. 2018;91:20170641.

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