Wasserstrahl-Dissektion an Kaninchengehirnen - Experimentelle in-vivo Untersuchung von zwei verschiedenen Düsentypen

Die Wasserstrahl-Dissektion als eine neue und innovative chirurgische Technik in der Neurochirurgie steht in den letzten Jahren unter besonderer Beobachtung. Bisher wurden nur wenige experimentelle und klinische Untersuchungen zur Anwendung des Wasserstrahl-Dissektors in der Neurochirurgie durchgeführt. Von besonderem Interesse sind die aktuellen Ergebnisse einer Studie an Kadaverschweinegehirnen. Hier konnte eine präzise Hirnparenchymdissektion unter Gewebeschonung und eine enge Korrelation zwischen Wasserstrahldruck und Schnitttiefe unter Verwendung des Wasserstrahl-Dissektors nachgewiesen werden. Außerdem wurde in ersten parallel dazu verlaufenden klinischen Anwendungen bei verschiedenen intrakraniellen Pathologien die einfache und sichere Handhabung des Wasserstrahl-Dissektors unter Beweis gestellt. Der Nachweis einer präzisen Hirnparenchymdissektion bei minimalem Trauma und gleichzeitiger Gefäßschonung ist in in-vivo-Studien bisher jedoch noch nicht erbracht worden. In der vorliegenden vergleichenden in-vivo-Studie wurde der Wasserstrahl-Dissektor „HELIX HYDRO-JET®“ eingesetzt. In Anlehnung an bereits durchgeführte Arbeiten und zur besseren Vergleichbarkeit der Ergebnisse sind mit dem Einsatz einer helikal und kohärenten Düse, zwei in der Vergangenheit häufig genutzte Düsentypen gewählt, getestet und verglichen worden. Die helikale Düse besitzt einen Düsendurchmesser von 120 µm und erzeugt einen bohrerartig gedrehten Wasserstrahl. Dagegen weist die kohärente Düse einen Durchmesser von 100 µm auf und emittiert einen geraden Strahl. Bei beiden Düsentypen betrug der verwendete Arbeitsdruck fünf und zehn bar. Insgesamt wurden an 41 Kaninchen in tiefer Ketanest®-Rompun®-Anästhesie jeweils eine frontale Kortikotomie pro Hemisphäre mit dem Wasserstrahl-Dissektor gesetzt. Nach einem für jedes Tier zuvor festgelegten Zeitraum nach der Dissektion (1, 3, 7 Tage und 6 Wochen) sind die Kaninchen getötet und die Gehirne zur makroskopischen und histologischen Beurteilung entnommen worden. Die histologisch-morphologische Auswertung der Schnittversuche erfolgte unter dem Lichtmikroskop. Neben der allgemeinen Schnittmorphologie wurde ein besonderes Augenmerk auf die erreichten Schnitttiefen, die Präzision der Schnittränder, den Gefäßerhalt innerhalb der Kortikotomie sowie auf die postoperative Ödembildung gerichtet. Mit Hilfe immunhistologischer Färbungen sind daneben die gliöse Narbenbildung (GFAP) und die mikrogliale Entzündungsreaktion (MCA) beurteilt worden. Die Ergebnisse der Schnittmorphologie wurden sowohl quantitativ als auch qualitativ und die der immunhistologischen Untersuchungen semiquantitativ tabellarisch erfasst, beurteilt und statistisch ausgewertet. Die Ergebnisse der in-vivo-Studie zeigen, dass mit dem Wasserstrahl-Dissektor eine sichere und präzise Dissektion an Kaninchengehirnen möglich ist. Mit beiden Düsentypen ließen sich konstante Schnitttiefen bis drei Millimeter nah an das Corpus callosum erzielen. Bei einem Druck von zehn bar erhöhte sich die Schnitttiefe im Durchschnitt bis auf fünf Millimeter, was teilweise zur Eröffnung der Seitenventrikel führte. Die Beurteilung der Schnittränder zeigte scharfe und präzise Schnitte mit der kohärenten 100 µm Düse. Im Gegensatz dazu waren die Schnittränder bei der helikalen 120 µm Düse eher zerfranst, rau und weniger präzise. Unabhängig vom Arbeitsdruck ließen sich bei beiden Düsentypen innerhalb der Kortikotomie eine Schonung bzw. ein Erhalt der Gefäße nachweisen. Die postoperative Ödembildung ist insgesamt als minimal anzusehen. Die Auswertung der astroglialen und mikroglialen Reaktion entsprach im Verlauf und Verhalten dem typischen Muster nach cerebralen Traumatisierungszuständen. In der statistischen Auswertung aller Ergebnisse konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Düsentypen und den verwendeten Druckstufen hinsichtlich der schnittmorphologischen Eigenschaften und des astroglialen und mikroglialen Reaktionsverhaltens erbracht werden. Trotz der guten Dissektionseigenschaften der kohärenten 100 µm Düse muss auf die mangelnde Zuverlässigkeit bezüglich der Sicherheit in der Funktionalität der Düse hingewiesen werden. Es traten mehrfach Düsenverstopfungen auf. Außerdem waren an vier Hemisphären, die mit der 100 µm Düse bearbeitet wurden, keine Hirndissektionen nachweisbar. Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse, dass sich mit der Wasserstrahl-Dissektion sehr präzise und sichere Hirnparenchym-Dissektionen bei minimalen Traumata und unter Schonung der Blutgefäße in-vivo erzielen lassen. Kann hierfür eine klinische Relevanz nachgewiesen werden, so wird die Wasserstrahl-Dissektion einen festen Platz als ein hilfreiches und nützliches Instrumentarium in der Neurochirurgie einnehmen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse sollte für weitere Versuche im Rahmen experimenteller und klinischer Studien im ZNS die helikale 120 µm Düse gewählt werden.Water-jet Dissection of the Rabbit Brain Experimental in vivo studies using two different nozzle types By Thilo Schiller Summary In recent years, special attention has been paid to water-jet dissection as a novel and innovative neurosurgical technique. Up to now, there have been only a few experimental and clinical studies on the subject of using water-jet dissection in neurosurgery. In this context, the current results of a study in cadaveric swine brain have raised particular interest. In the study mentioned, the possibility of a precise brain parenchyma dissection that does not affect tissue and a close correlation between water jet pressure and depth of incision when using a water-jet dissector could be demonstrated. Also, initial clinical studies conducted in parallel and involving cases with a variety of intracranial pathological pictures proved the simple and reliable handling of the water-jet dissector. Nevertheless, it has not yet been demonstrated in in vivo studies that a precise brain parenchyma dissection can be performed with a minimal concomitant trauma and preservation of vessels. In the present comparative in vivo study, a water-jet dissector of HELIX HYDRO-JET® type was used. In harmony with studies already conducted and in view of an improved comparability of results, two types of nozzle frequently used in the past (helical and coherent) were chosen for testing and comparison. The helical nozzle had a diameter of 120 µm and produced an auger-like twisting water jet. In contrast, the coherent nozzle had a diameter of 100 µm and emitted a straight jet. Working pressure levels of 5 and 10 bar were used for both types of nozzle. In a total of 41 rabbits under deep anaesthesia (Ketanest®-Rompun®), one frontal corticotomy per hemisphere was performed using a water-jet dissector. At defined times after dissection (1, 3, 7 days and 6 weeks), the animals were sacrificed and their brains removed for gross and histological examination. For histological-morphological evaluation of the dissection trials, a light microscope was used. In addition to general dissection morphology, special attention was paid to the incision depth reached, the precision of dissection edges, the preservation of vessels while performing corticotomy and postoperative oedema formation. Also, glial cicatrisation (GFAP) and microglial inflammatory reaction (MCA) were evaluated with the aid of immunohistological staining. The results of dissection morphology were recorded by quantitative and qualitative, and those of immunohistology, by semiquantitative tabulation prior to evaluation and statistical processing.The results of the in vivo study demonstrate that the water-jet dissector is suitable for performing a reliable and precise dissection of the rabbit brain. Both nozzle types permitted the maintenance of a constant incision depth ending at a distance to the corpus callosum as close as 3 mm. At a pressure level of 10 bar, the average incision depth rose up to 5 mm, which resulted in a partial opening of the lateral ventricles. Evaluation of the cutting edges revealed clear and precise sections when the coherent 100 µm nozzle was used. In contrast, the cutting edges produced by the helical 120 µm nozzle tended to be frayed, rough and less precise. Irrespective of the operating pressure applied, a presence of only mild damage, or preservation, of vessels after corticotomy was seen for both nozzle types. On the whole, postoperative oedema formation had to be considered as minimal. As to the course and the behaviour of the astroglial and microglial reactions, evaluation results were compatible with the typical pattern seen after cerebral trauma situations. Concerning the dissection morphology characteristics and the astroglial and microglial reaction behaviour, the statistical evaluation of all results did not reveal any significant differences for the two nozzle types and different pressure levels used. Despite the good dissection characteristics of the coherent 10 µm nozzle, attention is drawn to a lack of reliability on a secure functioning of the nozzle. Repeatedly, clogging of the nozzle was observed. In addition, brain dissection could not be demonstrated in four hemispheres which had been treated with the 100 µm nozzle. In a summarizing view, the results presented have shown that application of the water-jet dissection technique under in vivo conditions enables a quite precise dissection of brain parenchyma while the occurrence of traumata is minimal and blood vessels remain intact If clinical relevance of this technique can be demonstrated, water-jet dissection will occupy a firm position in neurosurgery as a helpful and expedient instrument. Based on the results shown, the helical 120 µm nozzle should be used in future experimental and clinical studies of the central nervous system