Entwicklung eines Trokarsystems und Definition der Zugangswege für das Tiermodell zur Erprobung einer neuen Operationstechnik zur Behandlung des lumbalen Bandscheibenvorfalls im offenen Kernspin-Tomographen

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die werkstoffkundliche Basis für ein neues Verfahren zur Behandlung des lumbalen Bandscheibenvorfalls zu schaffen. Dabei ging es vor allem darum, ein Trokarsystem zu entwickeln, welches den besonderen Anforderungen zur Anwendung im offenen Kernspintomographen gerecht wird. Es sollten Materialen gefunden werden, die die Bildakquisition nicht durch Artefakte stören und die gleichzeitig auf den kernspintomographischen Aufnahmen möglichst originalgetreu dargestellt werden. Es hat sich gezeigt, dass hierfür Titan-Legierungen besonders geeignet sind. Das von ihnen verursachte Artefakt ist nicht so groß, dass anatomische Strukturen überlagert werden, andererseits konnte das Instrumentarium in der Bildgebung eindeutig identifiziert werden, was für die Platzierung des Trokars von besonderer Bedeutung ist. Es wurden weiterhin Versuche durchgeführt, welche Spitzengeometrie am besten geeignet ist, um zu den Zwischenwirbelräumen zu gelangen. Hierzu wurden mit einem modifizierten Kompressionsmikroskop Kanülen mit unterschiedlich geformten Spitzen zunächst durch eine PVC-Folie gestochen, in einem weiteren Schritt wurden die Versuche mit Wirbelsäulenblöcken vom Schwein wiederholt. Es stellte sich hierbei heraus, dass schräg angeschliffene Nadel-Kanülen-Kombinationen die geringsten Einstichkräfte benötigten. Der erwartete Effekt, dass Nadeln, deren Oberfläche mit einer DLC-Schicht (diamond-like carbon) versehen wurden um die Reibungskräfte zu reduzieren, stellte sich hingegen nicht ein. Auf Grundlage der vorliegenden Arbeit soll langfristig ein neues Verfahren zur Behandlung des lumbalen Bandscheibenvorfalls im offenen Kernspintomographen entwickelt werden, bei dem eine Volumenreduktion des Bandscheibengewebes durch Applikation von hochfrequentem Strom erreicht werden soll. In einer anderen Untersuchung hat sich gezeigt, dass im Gegensatz zu ähnlichen Verfahren, bei denn dieser Effekt durch Laserstrahlung erzielt wird, die Ausdehnung der verursachten Läsion wesentlich besser abgeschätzt werden kann. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Schaffung der Grundlagen für ein modernes minimal invasives Verfahren zur Behandlung lumbaler Bandscheibenvorfälle. Dadurch könnte es gelingen, die enormen Kosten, die Jahr für Jahr durch degenerativ bedingte Rückenerkrankungen verursacht werden, zu reduzieren und die Dauer bis zur Wiederherstellung der Arbeitsfähigkeit der Patienten zu verkürzen.

Aim of this thesis was the development of the material base for a new surgical technique for treating lumbar disc herniations. The primary objective was to develop a trocar that would do justice to the special demands that need to be met for use in open NMR-systems. Materials were to be found that wouldn’t interfere with the acquisition of images by superimpositions and on the other hand would guarantee reproduction of the NMR-images one-on-one. Results have shown that titan alloys meet these requirements excellently. The superimposition produced by titan alloys is not big enough to obscure anatomical structures. Furthermore, the instruments could easily be identified on the images, which is of great importance regarding the controlled placement of the trocar. Additionally, trials were carried out in order to find out which geometry of the tip is most suitable for reaching the intradiscal space. To this purpose, a modified compression-microscope was used to perforate a foil of defined thickness with various canulas. In the next step, the trials were repeated with preparations from porcine spines. The result was that the lowest forces to perforate the foil were needed with canulas with sloping tips. The expected effect, that canulas covered with a diamond-like carbon layer would reduce the forces, did not show up. In the long run a new method - based on this thesis - for the treatment of lumbar disc herniations in open NMR-systems is to be be developed, in which the reduction of herniated disc tissue is reached by the application of high-frequency electricity. In another trial it was shown, that the extension of the lesion caused by high-frequency electricity is much more predictable in comparison with the same effect caused by laser ablation. Aim of this work was to lay the foundation for a modern, minimally invasive alternative for treating lumbar disc herniations. Through this, it should be possible to reduce the enormous costs that are caused by degenerative lumbar disease every year and to reduce the amount of time it takes patients to regain their ability to work.