Zusammenfassung
Fragestellung: Für den therapeutischen Einsatz der kontaktlosen Thermoablation durch hochenergetischen
fokussierten Ultraschall (HIFU) ist eine präzise physikalische Definition der Fokusgröße
sowie die Bestimmung der Steuerparameter am Gewebe notwendig. Ziel der Studie war
es, die Fokusausdehnung eines neuartigen Ultraschallgenerators zu vermessen und am
Ex-vivo-Modell zu überprüfen, in welchem Ausmaß die Gewebeablation durch die variablen
Generatorparameter beeinflusst werden können.
Material und Methode: Mit einem Nadelhydrophon wurde die axiale und transversale Verteilung der Schallintensität
im Bereich des Fokus vermessen. Am Modell der Ex-vivo-Schweineniere wurde die durch
den fokussierten Ultraschall induzierte Gewebenekrose vermessen, wobei Generatorleistungen
bis 400 Watt und Pulsdauer bis 8 s appliziert wurden.
Ergebnisse: Die Messung der Intensitätsverteilung ergab eine physikalische Fokusgröße (- 6dB)
von 32 × 4 mm. Im Gewebemodell zeigte sich eine scharfe Grenze zwischen Koagulationsnekrose
und nicht-denaturiertem Gewebe. Durch sowohl Generatorleistung als auch Pulsdauer
konnte das Läsionsausmaß gesteuert werden. Bei einer konstanten Pulsdauer von 2 s.
lag die Generatorleistung von 100 Watt unterhalb der Grenzdosis zur Induktion einer
reproduzierbaren Läsion. Die Steigerung der Leistung auf 400 Watt erzielte Läsionen
mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 11,2 × 3 mm. Bei konstanter Gesamtenergie
(Generatorleistung × Pulsdauer) vergrößerte sich die Läsion mit Erhöhung der Generatorleistung.
Schlussfolgerung: Unter der Verwendung eines zylindrischen Piezoelements mit Paraboloidreflektor kann
bei einer Fokuslänge von 10 cm eine scharf begrenzte, reproduzierbare und anhand von
Generatorleistung und Pulsdauer, steuerbare Nekrose im parenchymatösen Gewebe induziert
werden. Insbesondere die Generatorleistung erwies sich als geeigneter Steuerparameter
zur Induktion definierter Läsionsgrößen.
Abstract
Purpose: Therapeutic application of contactless thermoablation by high-intensity focused ultrasound
(HIFU) demands precise physical definition of focal size and determination of control
parameters. Our objective was to define the focal expansion of a new ultrasound generator
and to evaluate the extent of tissue ablation under variable generator parameters
in an ex vivo modell.
Materials and Methods: Axial and transversal distribution of ultrasound intensity in the area of the focal
point was calculated by needle hydrophone. The extent of tissue necrosis after focused
ultrasound was assessed in an ex vivo porcine kidney model applying generator power
up to 400 Watt and pulse duration up to 8 s.
Results: The measurement of field distribution revealed a physical focal size of 32 × 4 mm.
Sharp demarcation between coagulation necrosis and intact tissue was observed in our
tissue model. Lesion size was kept under control by variation of both generator power
and impulse duration. At a constant impulse duration of 2 s, generator power of 100
W remained below the threshold dosis for induction of a reproducible lesion. An increase
in power up to 200 W and 400 W, respectively, induced lesions with diameters up to
11.2 × 3 mm.
Constant total energy (generator power × impulse duration) led to a larger lesion
size under higher generator power.
Conclusion: It is possible to induce sharply demarcated, reproducible thermonecrosis, which can
be regulated by generator power and impulse duration, by means of a cylindrical piezo
element with a paraboloid reflector at a focal distance of 10 cm. The variation of
generator power was an especially suitable control parameter for the inducement of
a defined lesion size.
Schlüsselwörter
hochenergetischer fokussierter Ultraschall - non-invasive Gewebeablation - Thermotherapie
- Steuerparameter
Key words
Ultrasonic therapy - thermocoagulation - experimental model - HIFU - control parameters
