Titelaufnahme

Titel
Effects of transtemporal ultrasound application on brain temperature in an anthropomorphic skull model / submitted by Erich Vyskocil
VerfasserVyskocil, Erich
Begutachter / BegutachterinWojta, Johann ; Gottsauner-Wolf, Michael
Erschienen2010
Umfang118 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2010
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Ultraschall / Thrombolyse / Sonothrombolyse / transtemporal / Temperaturerhöhung
Schlagwörter (EN)Ultrasound thrombolysis / sonothrombolysis / transtemporal / temperature elevation / side effect
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-1787 Persistent Identifier (URN)
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Effects of transtemporal ultrasound application on brain temperature in an anthropomorphic skull model [5.33 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Hintergrund: Die transtemporale Ultraschallthrombolyse ist ein vielversprechendes Verfahren, um die Standardtherapie des ischämischen Schlaganfalles zu verbessern. Einige Publikationen weisen jedoch darauf hin, dass dieses Verfahren potentielle Gefährdung von Gewebe, durch lokale Temperaturerhöhung mit sich bringt. Zielsetzung dieser Studie war es, den Effekt von im klinischen Alltag vewendeten transkraniellen Ultraschallgeräten die sowohl diagnostisch, als auch bereits in klinischen Pilotstudien zur therapeutischen Ultraschallthrombolyse eingesetzt werden und so wie von therapeutischen Geräten, in Hinsicht auf intrazerebrale Temperaturveränderungen und potentielle thermische Nebeneffekte evaluieren. Methoden: Anhand eines menschlichen Schädelmodells wurden die thermische Effekte (Haut, Schädel, Gehirn) von diagnostischem (1.8-MHz, maximum 0.72 W/cm, TIC 3.0, Duplex-mode) und therapeutischem (1-MHz or 3-MHz, 1 W/cm, continuous or pulsed mode) Ultraschall evaluiert. Die Temperatursensoren befanden sich entlang des Schallstrahles der auf das Zielgebiet der Arteria Cerebri Media ausgerichtet war. Die Ultraschallapplikation dauerte rund 120 Minuten. Ergebnisse: Unter Beschallung mit diagnostischem Ultraschall stieg die Temperatur um 0.9C (Gehirn), 1.6C (Knochen) und um 4.8C (Haut) an.

Unter Verwendung von therapeutischem Ultraschall (1-MHz) waren die entsprechenden Werte 1.2C, 2.1C und 4.2C (gepulst 1:20) beziehungsweise 2.3C, 4.5C und 9.0C (gepulst 1:5). Bei Verwendung von therapeutischem Ultraschall (3-MHz) stieg die Temperatur jeweils um 1.4C, 2.8C und 5.8C (gepulst 1:20) beziehungsweise um 3.1C, 5.8C und 12.2C (gepulst 1:5). Kontinuierliche Beschallung (1-MHz und 3-MHz) führte zu einem Temperaturanstieg um 1.7C, 3.6C und 13.9C beziehungsweise um 1.4C, 4.3C und 17.1C. Conclusion: Die Behandlung mit diagnostischem Ultraschall unter Verwendung der höchsten Leistungseinstellungen führt nur zu geringen Temperaturerhöhungen im Bereich des beschallten Gewebes und kann somit als sicher betrachtet werden. Demgegenüber erzeugt therapeutischer Ultraschall (1-MHz, 3-MHz) selbst im gepulsten Modus potentiell schädigende Erwärmung im Gewebe.

Zusammenfassung (Englisch)

Background and Purpose: Transtemporal sonothrombolysis is a promising tool for a more effective treatment in acute stroke patients.

However, some reports revealed serious side effects, which might be potentially connected to local temperature elevation. To gain better insight into cerebral temperature changes and possible side effects during transtemporal sonication, diagnostic and therapeutic ultrasound applications were evaluated using an anthropomorphic skull model.

Methods: The impact of diagnostic (1.8-MHz, maximum 0.72 W/cm, TIC 3.0, Duplex-mode) and therapeutic (1-MHz or 3-MHz, 1 W/cm, continuous or pulsed mode) ultrasound application on temperature changes (skin, temporal bone, brain) was evaluated using a human skull. Temperature sensors were located along the ultrasound beam to the middle cerebral artery. Sonication lasted 120 minutes.

Results: Diagnostic ultrasound showed a maximum temperature increase of 0.9/1.6/4.8C (brain/temporal bone/skin) after 120 minutes.

Therapeutic-1-MHz ultrasound raised temperature by 1.2/2.1/4.2C (pulsed 1:20) and by 2.3/4.5/9.0C (pulsed 1:5) after 120 minutes.

Therapeutic-3-MHz ultrasound raised temperature by 1.4/2.8/5.8C (pulsed 1:20) and by 3.1/5.8/12.2C (pulsed 1:5) after 120 minutes, respectively. Continuous application of therapeutic ultrasound (1-MHz and 3-MHz) led to a temperature increase of 1.7/3.6/13.9C and 1.4/4.3/17.1C after 3 minutes.

Conclusions: Diagnostic ultrasound at maximum energy output showed only a moderate temperature increase and can be considered as safe.

Therapeutic sonication with 1-MHz and 3-MHz transducers are very powerful in delivering energy so that even pulsed application modes resulted in significant and potentially harmful temperature increases.