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"Tierexperimentelle Evaluierung von Interventionsmaterialien für die MR-gesteuerte Carotisintervention, sowie Erfassung von intracraniellen Infarktarealen"

"Vascular MRI-controlled interventions within the model of the carotid PTA in vivo and improved cerebral protection through replacement of residual intracavital air by carbon dioxide: A porcine model using diffusion-weighted magnetic resonance imaging"

  • Die vorliegende Arbeit beinhaltet die tierexperimentelle Evaluierung von zwei Fragestellungen innerhalb eines Tiermodels. a) Zum einen sollten die Möglichkeiten der vaskulären MR-gesteuerten Interventionen am Model der Carotis-PTA in vivo evaluiert und optimiert, und zum anderen b) die Auswirkungen von intrakraniellen CO2-Embolien bei Herzoperationen unter CO2-Protektion evaluiert werden. Insgesamt wurden an 22 Hausschweinen Gefäßinterventionen unter MRT-Kontrolle durchgeführt. Die Punktion der A. iliaca communis, als Voraussetzung für beide Fragestellungen erfolgte im Angiographieraum. Hier erfolgte auch die Positionierung der Interventionsmaterialien im Zielgefäß, der A. carotis communis. Über das Hybridsystem erfolgte der Transport in den MRT, in dem die unterschiedlichen Interventionsmaterialien getestet und die MRT-Sequenzen angepasst werden konnten. Im zweiten Teil der Arbeit wurden über einen in der A. carotis communis liegenden Katheter unterschiedliche Mengen CO2 oder Luft intracerebral appliziert. Durch eine Diffusionssequenz (DWI) konnten die hierdurch verursachten Effekte auf das Gehirngewebe beobachtet werden. Eine lokale hyperintense Zunahme in der DWI um mehr als 20% wurde als signifikant, in Bezug auf das Vorliegen einer Gehirnischämie bezeichnet. Im Rahmen der 22 Tierexperimente des interventionell, radiologischen Teils konnten die Interventionsmaterialien gut über die entwickelte Echtzeitsequenz dargestellt werden. Durch die Weiterentwicklung dieser Sequenz konnten letztendlich sowohl die Bewegungen, als auch die Öffnungsvorgänge der Ballonkatheter mittels Echtzeitbildgebung dargestellt werden. Darüber hinaus konnten Inteventionsmaterialien bezüglich ihrer Eignung für die MR-Angiographie bewertet werden. Unsere Studie konnte zeigen, dass Interventionen im Bereich der A.carotis communis unter MR-Kontrolle möglich sind. Dies gelingt bislang jedoch nur durch passive Darstellung der Intervenionsmaterialien durch deren Suszeptibilitätsartefakte. Allerdings bedarf es noch der Entwicklung von Interventionsmaterialien, hier vor allem Führungsdrähte, welche nicht magnetisch leitend sind um eine Gefährdung des Patienten auszuschließen. Im herzchirurgischen Teil konnten 16 Tiere eingeschlossen werden. Diese wurden je nach Aplikationsgas und -menge in 3 Gruppen unterteilt: Gruppe I: Gruppe II: Gruppe III: Bei allen Tieren wurden Signalanhebungen in der Diffusionssequenz in der ipsi- und kontralateralen Hemisphäre, deren Persistenz über 25 Minuten, sowie klinische Symptome registriert. Herauszustellen sind die deutlich unterschiedlichen klinischen Reaktionen der Gruppe I zu den Gruppen II und III in unserer Studie. Die Kreislaufreaktionen, die in der Gruppe I bei 4 von 5 Tieren bis zum Kreislaufstillstand reichten, wurden von deutlichen, bilateralen Signalveränderungen in der DWI begleitet. In diesen Fällen muss von einem irreversiblen, großen cerebralen Insult ausgegangen werden. Lediglich bei 2 von 11 Tieren der beiden CO2 Gruppen, waren die Signalanhebungen progredient und dehnten sich in den späten Messungen auch auf die kontralaterale Hemisphäre aus. Bei allen übrigen Tieren dieser Gruppen waren nur leichte Signalanhebungen nach 10 Minuten zu erkennen. Daraus ist zu schließen, dass mit keinen bleibenden Schädigungen der Gehirnzellen zu rechnen ist, da die Ischämiezeit deutlich unter 15 Minuten lag.
  • The current study contains the animal experimental evaluation of two questions within one animal model. a) On the one hand the possibilities of the vascular MRI-controlled interventions within the model of the carotid PTA in vivo were supposed to be evaluated and optimized. b) On the other hand the effects of intracranial CO2 embolisms during heart operations under CO2-protection were to be evaluated. Vascular interventions under MRI-control were performed on a total of 22 domestic pigs. The puncture of the common iliac artery, a precondition of both questions posed, was performed in a special room for angiography. In the same room the necessary instruments for that intervention were positioned in the targeted blood vessel, the carotid artery. The transportation to the MRI went through the hybrid system. Here the different instruments for the intervention were tested and the MRI-sequences could be adapted. In the second part of this work variable amounts of CO2 or air were applied intracerebrally through a catheter placed in the carotid artery. The effects caused to the brain tissue could be observed by use of DWI (diffusion-weighted imaging). A local hyperintens signal increase in this special sequence of more than 20 percent was rated significant as related to the existence of a brain ischemia. Within the framework of 22 animal experiments of the interventional radiological part, the materials for the interventions could be presented well through the developed real-time sequence. Through further development of this sequence it was possible to show the movement as well as the opening of the balloon catheters through real-time imaging. In addition, it was possible to rate the different interventional tools in regard to their suitability for MRI angiography. Our study was able to show that interventions under MRI-control through the carotid artery are possible. So far this is only possible by passive imaging of the interventional tools through their susceptibility artifacts. Yet it is still necessary to develop interventional tools, primarily guide wires which are not magnetic, to preclude any danger to a patient. Sixteen animals could be included in the heart surgery part. These were divided into three groups depending on the type and the amount of gas applied: Group I: air, Group II: low-dose CO2, and Group III: high-dose CO2 For all the animals signal increases in the ipsi- and contralateral hemisphere in the DWI, their persistence over 25 minutes, as well as clinical symptoms were recorded. Group I of our clinical trial showed a remarkable difference in the clinical reaction compared with groups II and III. The reactions of the cardiovascular system, which led to circulatory arrest in 4 out of 5 animals, were accompanied by a definite bilateral change of signal within the DWI. In these cases an irreversible large infarction must be assumed. Within the two CO2-groups only 2 out of 11 animals showed progressive signaling increase which also extended to the contralateral hemisphere in the late DW imaging. All the other animals in these groups showed merely a slight increase in signaling after 10 minutes. This leads to the conclusion that no permanent damage to the brain cells has to be assumed since the ischemia time was considerably less than 15 minutes.

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Metadaten
Author:Hans-Christian Schmitz
URN:urn:nbn:de:hebis:30-86846
Referee:Jörn O. Balzer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2010/12/15
Year of first Publication:2010
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2010/12/09
Release Date:2010/12/15
Tag:MR-guided; cerebral protection; diffusion-weighted; magnetic resonance imaging
GND Keyword:NMR-Tomographie; Angiographie; Carotis; Hirninfarkt
HeBIS-PPN:229695728
Institutes:Medizin / Medizin
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht