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Biomedical Engineering / Biomedizinische Technik

Editor-in-Chief: Dössel, Olaf

Editorial Board Member: Augat, Peter / Gehring, Hartmut / Haueisen, Jens / Jockenhoevel, Stefan / Lenarz, Thomas / Leonhardt, Steffen / Niederlag, Wolfgang / Plank, Gernot / Radermacher, Klaus M. / Schkommodau, Erik / Schmitz, Georg / Stieglitz, Thomas / Witte, Herbert / Boenick, Ulrich / Jaramaz, Branislav / Kraft, Marc / Lenthe, Harry / Lo, Benny / Mainardi, Luca / Micera, Silvestro / Penzel, Thomas / Robitzki, Andrea A. / Schaeffter, Tobias / Snedeker, Jess G. / Sörnmo, Leif / Sugano, Nobuhiko / Werner, Jürgen / Wintermantel, Erich /

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Volume 57 (2012)

Entwicklung einer Kryo-Schlifftechnik für Felsenbeinpräparate: eine neue Möglichkeit zur Beurteilung ex vivo implantierter CI-Test-Elektroden / A novel cryo-grinding technique for evaluating new cochlear implant electrodes after ex vivo insertions in temporal bone specimens

Hans W. Pau1 / Anne Herrmann1 / Svea Mühlberg2 / Wolfram Schmidt2 / Detlef Behrend2

1Klinik und Poliklinik für Hals-Nasen-Ohrenkrankheiten, Kopf- und Halschirurgie, Universität Rostock, Rostock, Deutschland

2Institut für Biomedizinische Technik, Universität Rostock, Rostock, Deutschland

Korrespondenz: Prof. Dr. med. Hans W. Pau, Direktor der Klinik und Poliklinik für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Kopf-und Hals-Chirurgie „Otto Körner“, Universität Rostock, Doberanerstr. 137-9, 18057 Rostock, Deutschland Phone: +49 381 4948300 Fax: +49 381 4948302

Citation Information: Biomedizinische Technik/Biomedical Engineering. Volume 55, Issue 4, Pages 237–243, ISSN (Online) 1862-278X, ISSN (Print) 0013-5585, DOI: 10.1515/bmt.2010.028, June 2010

Publication History

Received:
2009-06-18
Accepted:
2010-03-02
Published Online:
2010-06-22

Zusammenfassung

Hintergrund: Vor ihrem klinischen Einsatz muss für neu entwickelte Cochlear-Implant-Elektrodenträger der Tauglichkeitsnachweis bei möglichst geringer Gewebstraumatisierung an Ex-vivo-Felsenbeinpräparaten erbracht werden. Nach Einführen der Elektroden wird dabei bislang das Präparat in einem aufwändigen Verfahren (Einbettung in Kunstharz, Schnitt- oder Schlifftechniken für die histologische Beurteilung) aufgearbeitet. Die Frage war, ob diese auch zeitlich belastenden, dazu noch artefaktanfälligen Techniken für bestimmte Fragestellungen durch eine neu entwickelte Kryo-Schlifftechnik ersetzt werden könnten.

Material und Methode: Für die vorgeschlagene Technik wurde eine mit Trockeneis befüllbare Schleifvorrichtung entwickelt, mit der das gefrorene komplexe Präparat (Knochen, Weichteile, eingeführte metallhaltige Elektrode) jeweils schichtweise plan geschliffen, gefärbt und auflichtmikroskopisch untersucht und dokumentiert werden kann.

Ergebnisse: In zahlreichen Testläufen erwies sich die Methode als machbar sowie in hohem Maße Zeit und Aufwand ersparend. Die gewonnenen Schliffflächen ließen sich feingeweblich gut untersuchen, die Lage des Elektrodenträgers sowie das Ausmaß der Gewebstraumatisierung bei seiner Einführung waren problemlos dokumentierbar.

Diskussion: Das Konzept der Kryo-Schlifftechnik ermöglicht ein relativ wenig aufwändiges, zeitnahes Untersuchen von Felsenbeinpräparaten nach Einführung von Test-Elektroden. Für den Implanteur bedeutet dies, dass er sein „Gefühl“ beim Vorschieben des Implantates (Gleiteigenschaften, Widerstände etc.) unmittelbar mit den jeweiligen morphologischen Befunden korrelieren kann. Hinzu kommt eine methodenbedingte Verminderung von Trocknungsartefakten. In weiteren Entwicklungsschritten soll die Schliffvorrichtung für den Routineeinsatz weiter optimiert werden.

Abstract

Background: Prior to clinical application, newly developed prototypes of cochlear implant electrode arrays must prove their suitability with the smallest possible tissue damage in ex vivo temporal bones. So far, after insertion of the electrodes the temporal bone specimens have to be processed in a rather intricate technique, including embedding, sectioning or grinding prior to histological evaluation. The question remains whether for special indications this time-consuming method, which even causes artifacts, can be replaced by a new technique based on cryo-grinding.

Materials and methods: The main principle of the method described is to grind the temporal bone with the inserted electrode in a frozen state, provided by a fixation device filled with dry ice. After creating a plane surface and staining it (still in a frozen state), the specimen can be examined and photographed with a projection microscope. This procedure is continued by subsequently grinding and examining new surfaces in defined distances.

Results: In numerous trial runs the method proved feasible, saving much time and manpower. After grinding, each plane could be examined sufficiently; the site of the electrodes and the corresponding tissue damage could be documented properly.

Discussion: The new concept of cryo-grinding provides relatively easy and fast examinations of temporal bones after inserting test electrodes. The examiner is enabled to correlate his “sensations” during the insertion (e.g., smoothness, resistances) almost directly with the morphologic findings, without having to wait a long time while the temporal bone specimens are being processed conventionally. Furthermore, this method avoids artifacts due to soft tissue shrinking during drying. In further steps of development, the grinding device will be optimized for standard use.

Keywords: Cochlea Implant; Ex-vivo-Felsenbeinuntersuchungen; Kryo-Schlifftechnik; neue Elektrodenträger; cryo-grinding technique; ex vivo temporal bones; histological evaluation; new CI electrodes; test insertion

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