Ex-vivo investigation of endoluminal vein treatment by means of radiofrequency and laser irradiation

The objective of this investigation was to develop an ex-vivo model for experimental evaluation of endoluminal thermal procedures for occlusion of saphenous veins. In this ex-vivo model a comparison of the effects induced by either radiofrequency or laser was performed endoluminally.The ex-vivo model consists of the subcutaneous foot vein from freshly slaughtered cows (18–24 months of age, weight 550–650 kg, right hind leg). The veins were reperfused with heparin-treated cow's blood in situ under standardized conditions and subsequently treated with either radiofrequency or laser according to clinical treatment parameters. After treatment, the application devices and veins were examined macroscopically. Additionally, in some cases the vein segments were examined by endoluminal optical coherence tomography (OCT) before and after treatment. Standardized histological cross sections of treated vein segments were correlated with corresponding OCT scans.Induration of the vessel wall and contraction of the vessel lumen were observed after radiofrequency application. Laser treatment resulted in punctiform carbonized lesions of the vein wall. After several exposures along the vein, the lesions regularly became transmural, causing complete perforation of the vessel wall. OCT examination documents the thermal damage and could be correlated to histological findings.In conclusion, the presented ex-vivo model is suitable for scientific evaluation of treatment modifications under standardized conditions with established macroscopic and histologic criteria. Endoluminal OCT is a practicable addition to macroscopic and histological testing. The results indicate that the application for endovenous laser treatment should be modified in order to ensure controlled circular thermal damage, avoiding vessel wall perforation and alteration of perivascular structures.

ZusammenfassungEs war das Ziel ein ex-vivo Modell für die experimentelle Bewertung endoluminaler thermischer Behandlungen zur Okklussion von Venen zu entwickeln. Mit diesem Modell wurden erstmals die Effekte von endoluminaler Radiofrequenz-Therapie und endoluminaler Lasertherapie standardisiert verglichen.Das ex-vivo Modell besteht aus der subkutanen Fuβvene frisch geschlachteter Rinder (Alter: 18–24 Monate, Gewicht 550–650 kg, rechter Hinterfuß). Die dargestellten Venen wurden mit heparinisiertem Rinderblut reperfundiert und unter standardisierten Bedingungen mit Radiofrequenz-Therapie oder Laserbestrahlung behandelt. Die Parameter entsprachen dabei den jeweiligen Herstellerangaben. Nach der Behandlung wurden die jeweiligen Energie-Applikatoren, die Gefäße und die Gefäßumgebung makroskopisch begutachtet. In einigen Fällen wurden zusätzlich endoluminale OCT-Aufnahmen vor und nach der Intervention gemacht. Es folgten eine histologische Auswertung des Gefäßgewebes und die jeweilige Korrelation zu den OCT-Aufnahmen.Infolge der Radiofrequenz-Behandlung konnte eine Kontraktion des Gefäßlumens sowie Induration der Gefäßwand beobachtet werden. Laserbestrahlung resultierte in punktuellen karbonisierten Läsionen. Nach wiederholter Laseranwendung entlang des Gefäßes entstanden transmurale Läsionen bis hin zur kompletten Perforation der Gefäßwand. Die OCT-Untersuchungen dokumentieren diese thermischen Schädigungen und korrelieren zu den histologischen Befunden.Das vorgestellte ex-vivo Modell ist für standardisierte wissenschaftliche Untersuchungen derartiger Behandlungsvariationen geeignet. Die Auswertung der Akut-Effekte erfolgt unter etablierten Bedingungen sowohl makroskopisch als auch histologisch. Der Einsatz von endoluminalem OCT ist hierbei ein zusätzliches praktisches Hilfsmittel. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die endovenöse Laserbehandlung modifiziert werden sollte, um eine kontrollierte zirkuläre thermische Schädigung des Gefäßes hervorzurufen, mit dem Ziel sowohl Perforationen als auch Schädigungen perivaskulärer Strukturen zu verhindern.

SumarioEl objetivo de este estudio fue el desarrollo de un modelo ex-vivo que sirve para la evaluación experimental del tratamiento por vía endoluminal térmica con láser para la oclusión de venas. En este modelo se compararon por primera vez los efectos inducidos por radiofrecuencia o láser por vía endoluminal.El modelo ex vivo consiste en la vena subcutánea de la pata de vacas recién carneadas (edad: 18–24 meses, peso: 550–650 kg, pata trasera derecha). Las venas fueron reperfundidas con sangre de vacas tratada con heparina in situ bajo condiciones estándar. A continuación, se trataron las venas con radiofrecuencia o láser según los parametros del tratamiento. Después del tratamiento se examinaron los aplicadores de energía, los vasos y el entorno de los vasos macroscópicamente. En algunos casos se examinaron además segmentos de las venas por medio de tomografía endoluminal de coherencia óptica (OCT) antes y después del tratamiento. Después se evaluó histológicamente el tejido del vaso tratado y se puso en correlación con las imágenes obtenidas por OCT.Se observó una induración de las paredes de los vasos y contracción de la luz de los vasos debido a la aplicación de radiofrecuencia. El tratamiento con láser provocó lesiones con carbonización Después de repetidas aplicaciones con láser a lo largo del vaso, se desarrollaron lesiones transmurales que a veces llegaron a una perforación completa de la pared del vaso. Los estudios por medio de OCT documentan estos daños térmicos y permiten una correlación con los resultados histológicos.El modelo ex vivo presentado es adecuado para la evaluación científica de modificaciones del tratamiento bajo condiciones estándar tanto con criterios macroscópicos como histológicos. La tomografía endoluminal de coherencia óptica es un medio adicional práctico para reconocimientos macroscópicos e histológicos. Los resultados indican que es necesario modificar la aplicación para el tratamiento con láser endovenoso para producir un daño térmico controlado, y circular en el vaso. De esta manera es posible evitar tanto la perforación de la pared del vaso como la alteración de las estructuras perivasculares.