Učinak ultrazvuka visoke energije na tkivo intervertebralnog diska [The application of the high energy ultrasound on intervertebral disc tissue]

Mrak, Goran (2010) Učinak ultrazvuka visoke energije na tkivo intervertebralnog diska [The application of the high energy ultrasound on intervertebral disc tissue]. PhD thesis, Sveučilište u Zagrebu.

Preview

PDF Download (3MB) | Preview

Abstract

Surgical treatment of the herniated lumbar disc is one of the most common neurosurgical procedures. In the last few decades there has been a vast improvement in neurosurgical treatment of the lumbar disc herniation, and a lot of new treatment options have been devel-oped. There has been an expansion of endoscopic procedures like percutaneous endoscopic discectomy, laparoscopic discectomy, stereotactic guided discectomy, and an endoscope as-sisted discectomy, all of which are often used in our Department. The idea of using an ultrasonic aspirator for emulsification and aspiration of the lumbar and cervical intervertebral disc is not new. Current experiences in high energy ultrasound application yielded good results in neurosurgery, but so far only its application on the brain tissue was analyzed. The application of the high energy ultrasound on intervertebral disc tis-sue remains to be explored. The aim of this research is to display the effect of the high energy ultrasound application on the intervertebral disc tissue, and to analyze its application in lumbar disc herniation treatment. The final ultrasonic effect depends on the shape and intensity of the ultrasonic field, du-ration of its application and the amount of the ultrasonic energy as well as the characteristics of the tissue on which the ultrasound is applied. This research initially determined the acoustic characteristics of the contact ultrasound probe during its application on the intervertebral disc tissue. The acoustic power output measurement was analyzed using three types of experiments: calorimetric measurements, acoustic power deployment in the free acoustic field, and tip-displacement amplitude of the probe. The mechanism of high-intensity ultrasound effects on the tissue is still poorly under-stood, but the potential mechanisms include acoustic cavitation, shock-wave induced stress-es, acoustic microstreaming, direct jackhammer effect, and thermal lesion. All results meas-ured in free acoustic field are expected to vary in real situations. Acoustic parameters like the acoustic power and the acoustic cavitation shape are modi-fied during ultrasound application because of the damaging cavitational effects upon the flat surface of the contact probe tip. The investigation was carried out on 189 intervertebral discs extracted during autopsy on 63 cadavers. An ultrasonic contact probe with 2.2 mm diameter was used to perform point lesions in the disc tissue with modifying the electric power of the ultrasonic generator (The tuning button of the generator was 50%, 75% and 100% of the electric power level respec-tively) with the insonification duration of 20 seconds. The results showed that the size of necrotic area depends on the level of the acoustic power and intensity. The higher the acoustic power the wider the area of the necrotic nucleus pulposus tissue. The difference in the level of destruction between discs in younger cadavers (younger than 55 years) and in older ones was observed which was attributed to different amount of water in the tissue. Finally the efficacy of the tissue fragmentation caused by high energy ultrasound is higher in calcified tissue comparing to cartilage tissue.

Abstract in Croatian

Hernijacija intervertebralnog diska među najčešćim je neurokirurškim operacijama. Ti-jekom posljednjih se desetljeća nastojalo unaprijediti mogućnosti neurokirurškog liječenja prolapsa intervertebralnog diska i razrađeni su mnogobrojni novi postupci. Danas se sve više rabe endoskopski zahvati, poput perkutane endoskopske diskektomije, laparoskopske dis-kektomije, te stereotaktički navođene diskektomije, a u nas prije svega i endoskopski asisti-rana mikrokirurška diskektomija. Zamisao o primjeni ultrazvučnog aspiratora na diskalna tkiva nije nova, pa se pretposta-vilo da bi se ultrazvučni aspirator mogao uporabiti za emulzifikaciju i aspiraciju pulpozne jezgre intervertebralnoga diska u cervikalnom i lumbalnom području. Dosadašnja su iskustva u primjeni visokoenergijskog ultrazvuka putem ultrazvučne kontaktne mikrosonde u neuro-kirurgiji pokazala povoljan učinak, a istražen je samo učinak ultrazvuka velike energije na mozgovna tkiva. Primjena pak visokoenergijskog ultrazvuka u liječenju hernijacije interver-tebralnog diska dosad nije istražena. Ovim istraživanjem željelo se provjeriti opravdanost primjene visokoenergijskog ultra-zvuka na tkiva intervertebralnoga diska i prosuditi izglednost njegove moguće primjene u kirurškom liječenju diskalnih hernijacija u području slabinskoga dijela kralješnice. Izraženost pojedinih učinaka visokoenergijskog ultrazvuka ovisi o obliku i intenzitetu ultrazvučnog polja, trajanju izloženosti, količini ultrazvučne energije i brzini njezina posti-zanja, te o vrsti tkiva u kojemu se ultrazvučna energija primjenjuje. U ovom je radu obavljeno opsežno ispitivanje akustičkih karakteristika uređaja kontaktne ultrazvučne sonde u primjeni na tkiva intervertebralnog diska. Parametri uređaja i akustičke snage provedeni su kalo-rimetrijskom metodom, metodom isijane akustičke snage u slobodnom polju, te mjerenjem pomaka vrha sonde. Sam mehanizam djelovanja ultrazvuka velike energije nije potpuno razumljiv budući da dio oštećenja nastaje mehaničkim valovima, dio čekić efektom, dio toplinskim učinkom, a dio kavitacijom. Isto tako svi dobiveni rezultati isijane akustičke snage i intenziteta su dobiveni u slobodnom polju bez opterećenja, te se u realnim uvjetima navedene vrijednosti mijenjaju. Promjene u parametrima akustičkog polja također se mijenjaju s obzirom na znatno oš-tećenje vrha kontaktne ultrazvučne sonde, pa akustičko polje i oblik kavitacije uz vrh sonde ima sasvim drugi oblik nego kod potpuno ravne sonde. Istraživanje je obavljeno na šezdeset i tri kadavera, te sto i osamdeset devet uzoraka tki-va intervertebralnog diska. Sondom promjera 2,2 mm uz mijenjanje električne snage ultraz-vučnog uređaja (od 50%, 75% i 100% položaja prijeklopnika na ultrazvučnom uređaju), u trajanju od 20 sekundi, načinili smo seriju točkastih lezija u tkivima intervertebralnog diska. Rezultati istraživanja nedvojbeno pokazuju da opseg nekroze ovisi o akustičkoj snazi ili akustičkom intenzitetu. Što je ta snaga veća, opsežnije je i područje oštećenja nukleusa pul-pozusa. Zabilježene su razlike oštećenja diskova u skupinama diskova uzoraka dobivenih od ljudi starijih od 55 godina naspram onih u mlađim skupinama, što može biti posljedica promjene sadržaja tekućine u diskovima starije populacije. Također se može zaključiti da je učinkovitost fragmentacije tkiva ultrazvučnom energi-jom značajno veća u koštanog tkiva.

Actions (login required)

View Item

Downloads