Visualisierung des Penetrationsprozesses mit gleichzeitiger Kraftmessung

Einleitung: Die Penetration eines mehrschichtigen Gewebes ist ein komplizierter, nicht linearer Prozess. Eine Visualisierung mit simultaner Kraftmessung kann insbesondere für die Entwicklung von neuen Nadelgeometrien ein wertvolles Werkzeug sein. Da es derzeit keine Ansätze gibt um diese Aufgabe zu verwirklichen, wurde eine neue ultraschallbasierte Methodik entwickelt.

Methodik: Um die Drücke während des Penetrationsvorgangs zu messen wird ein digitales Kraftmessgerät verwendet, welches auf einem horizontal gleitenden Teststand installiert ist. Hinsichtlich der sonographischen Bildgebung muss die Penetration in einem Wasserbad durchgeführt werden. Ultraschall- und Kraftverlauf Video werden über ein Bild in Bild Videomixer zu einem neuen Video vereint. Für die Penetration wird eine Kanüle (nach DIN13097) und das neue endoskopische Verschlusssystem Endorivet eingesetzt. Angesichts des späteren Einsatzgebietes bietet sich, als typisch mehrschichtiges Gewebe, ein Stück Magenwand an. Eine orthogonale Position des Transducers zu Nadel und Profilfläche des Gewebes sowie 10MHz Frequenz wurde für die optimale Sichtbarkeit und Auflösung von Nadel und Magenwand eingesetzt.

Ergebnisse: Während des Durchstiches sind Nadel und Gewebeprobe vollständig sichtbar, obwohl der niedrige Absorptionskoeffizient unterhalb der Nadel eine Schallverstärkung zur Folge hat. Im Gegensatz zum endoskopisch typischen, 5-schichtigem Erscheinungsbild der Magenwand ist lediglich ein 3-schichtiges System zu erkennen. Die hohe Frequenz lässt deutlich erkennen, wie die Nadel die einzelnen Gewebeschichten, tunica muscularis, submucosa und mucosa durchdringt. Die unterschiedlichen Geometrien der Nadeln machen sich bei den erreichten Maximaldrücken (Endorivet 6N, Kanüle 1N) wie auch im Kurvenverlauf stark bemerkbar.

Diskussion: Andere bildgebende Verfahren wie MRT, CT, MicroCT und OCT sind auf Grund der geforderten hohen Dynamik, Auflösung und Bildfrequenz für die Visualisierung des Penetrationsprozesses nicht geeignet. Die Diskrepanz der Anzahl der dargestellten Schichten, lässt sich anhand des unterschiedlich gewählten Blinkwinkels erklären. Ob bei einer endosonographischen Betrachtung jeder Reflex einer histologischen Schicht entspricht oder sich Rand- mit Gewebeechos überlagern ist stark umstritten. Bei einer orthogonalen Sicht auf die Profilfläche des Gewebes, verlaufen die Ultraschallwellen parallel zu den Schichtgrenzen und erzeugen folglich keinerlei Randechos, welche eine spezifische histologische Zuordnung der Schichten erschweren. Für diesen Aufbau muss die schlechtere laterale Auflösung in Kauf genommen werden, was aber dennoch für die Visualisierung mehr als ausreichend ist.