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
