Ex-vivo investigations on endoluminal laser therapy of varicosis – An optimization process

ObjectiveThis study was performed to compare the acute effects of different endoluminal heating procedures, by which obstruction of insufficient veins could be induced in an established standardized experimental ex-vivo model.MethodsThe model consists of the subcutaneous foot vein from recently slaughtered cows. Different energy sources (laser and radiofrequency), application devices and energy application parameters were compared in an iterative optimizing process. Following energy application the vein tissue was harvested and prepared for histology.ResultsBy means of the developed ex-vivo model reproducible conditions for the application of endoluminal thermal energy were enabled in each specimen. Radiofrequency-treated veins showed macroscopic shrinkage, contraction of vessels and induration of tissue. Histologically a circumferential and homogenous thickening of the vessel wall could be described. Dependent on the laser treatment protocol, in-situ dissection of the treated veins showed a broad spectrum of effects. These effects ranged from blood deposits in perivascular tissue and perivascular thermal lesions to transmural coagulated vein tissue inducing obstruction of the lumen.ConclusionThis standardized model is applicable to investigate acute effects of endoluminal treatment protocols. Changes in the protocol could be easily performed and investigated in order to develop optimized treatment protocols. These ex-vivo experiments indicate that endovenous laser treatment should be modified and needs treatment standardization to ensure a controlled homogenous circumferential thermal damage.

ZusammenfassungZielIm Rahmen dieser Studie waten die Akuteffekte unterschiedlicher endoluminaler Behandlungsformen zur Varikosis zu vergleichen. Diese Methoden führen zu einem thermisch induzierten Verschluss insuffizienter Stammvenen. In einem etablierten standardisierten ex-vivo Modell werden diese Methoden reproduzierbar untersucht und ein Optimierungsansatz verfolgt.Material und MethodikAls ex-vivo Modell dient die subkutane Fußvene des Rinderfußes. In dieser Studie wurden unterschiedliche Energiequellen (Laser und Radiofrequenz), Energieapplikatoren und Energieparameter in einem iterativen Optimierungsansatz hinsichtlich des erzeugten Gewebeeffektes miteinander verglichen. Unmittelbar nach der Energieapplikation wurde das Venengewebe explantiert und für die histologische Bewertung aufbereitet.ErgebnisseMit Hilfe des ex-vivo Modells wurden reproduzierbare experimentelle Bedingungen erstellt, sodass eine vergleichende Studie für eine iterative Optimierung ermöglicht wird. Mit Radiofrequenz behandeltes Gewebe zeigte makroskopisch eine deutliche Schrumpfung und Kontraktion des Gefäßes bei gleichzeitiger Verhärtung. Histologisch konnte eine zirkumferentielle und gleichmässige Verdickung der Gefäßwand bewirkt werden. Bei Laserbehandlung wurden in Abhängigkeit der Behandlungsparameter unterschiedlichste Gewebeeffekte, beginnend mit transmuraler Blutung und perivaskulären thermischen Veränderungen bis hin zu einer moderaten transmuralen Weißfärbung und Koagulation der Gefäßwand mit gleichzeitiger Schrumpfung und Kontraktion des Lumens, erzeugt.ZusammenfassungIn diesem standardisierten ex-vivo Modell können klinische Behandlungsverfahren reproduzierbar hinsichtlich der Gewebeeffekte untersucht werden. Aus diesem Grunde sind auch Variationen der Behandlungsprotokolle hinsichtlich deren Optimierung bezüglich der induzierten Gewebeeffekte möglich. Aus einem iterativen Optimierungsprozess heraus wurde ein Behandlungsprotokoll entwickelt, welches auf der Basis der endoluminalen Lasertherapie der Varikosis die Verwendung von Lichtdiffusoren favorisiert, um kontrolliert eine gleichmäßige zirkumferentielle thermische Veränderung des Venenwandgewebes zu bewirken.

ResúmenObjetivoEste estudio fue realizado para comparar los efectos agudos de diversos tratamientos endoluminales empleados en la oclusión térmica de varices, a través de un modelo experimental estandarizado ex-vivo en condiciones de reproducibilidad que permitan la optimización de dichos procedimientos.MétodosEl modelo consiste en el uso de la vena subcutánea de la pata de vacas recién sacrificadas. Diversas fuentes de energía (láser y radiofrecuencia), dispositivos de aplicación y parámetros energéticos fueron comparados en un proceso de optimización iterativo. Luego del tratamiento, el tejido venoso fue extraído y preparado para histología.ResultadosEl modelo ex vivo desarrollado permite la aplicación de energía térmica endoluminal en forma reproducible en cada muestra. Las venas tratadas mediante el uso de radiofrecuencia mostraron encogimiento macroscópico, contracción de los vasos e induración del tejido. Histológicamente, se observó un engrosamiento circunferencial y homogéneo de la pared del vaso. Dependiendo del protocolo de tratamiento láser utilizado, la disección in situ de las venas tratadas mostró una amplia variedad de efectos: desde depósito de sangre en el tejido perivascular y lesiones térmicas perivasculares hasta coagulado transmural del tejido venoso con obstrucción del lumen.ConclusiónMediante este modelo estandarizado ex vivo es posible investigar en forma reproducible los efectos agudos de los protocolos de tratamiento endoluminal. Cambios en el protocolo pueden ser fácilmente introducidos y sus efectos investigados para la optimización del tratamiento. El resultado de estos experimentos ex-vivo indica que el tratamiento endovenoso con láser debe ser modificado y su estandarización resulta necesaria para asegurar un daño térmico circunferencial homogéneo controlado.