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Eder, Christoph (2014) Die Temperaturentwicklung im Handgelenk bei arthroskopischer Thermoablation mit monopolarer und bipolarer Radiofrequenzenergie – eine Studie an 14 Leichenhandgelenken. PhD, Universität Regensburg.
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Abstract (German)
Der arthroskopische Einsatz von Radiofrequenzenergie hat sich im Laufe des letzten Jahrzehntes in der Orthopädie und Unfallchirurgie als ein wertvolles Instrument bei der Behandlung verschiedenster Pathologien des Kapsel-Band-Apparates sowie des Knorpels etabliert. Nachdem zahlreiche In-vitro-Studien jedoch teils erhebliche Schäden am behandelten Gewebe feststellen konnten, entbrannten zwischen ...
Abstract (German)
Der arthroskopische Einsatz von Radiofrequenzenergie hat sich im Laufe des letzten Jahrzehntes in der Orthopädie und Unfallchirurgie als ein wertvolles Instrument bei der Behandlung verschiedenster Pathologien des Kapsel-Band-Apparates sowie des Knorpels etabliert. Nachdem zahlreiche In-vitro-Studien jedoch teils erhebliche Schäden am behandelten Gewebe feststellen konnten, entbrannten zwischen Befürwortern und strikten Gegnern dieser neuen Technik bis heute anhaltende Diskussionen über deren Sicherheit. Zur Klärung dieser Frage standen dabei in erster Linie Untersuchungen über Auswirkungen von RF-Energie auf das direkt bearbeitete Gewebe im Fokus der Forschung. Berichte über Schädigungen des N. axillaris nach Schrumpfung der Schultergelenkskapsel oder Rupturen der Strecksehnen sowie Hautverbrennungen am Handgelenk machen jedoch deutlich, wie wenig wir über die Auswirkungen der Abgabe thermischer Energie auf den Gelenkraum als Ganzes mit den jeweils umgebenden Strukturen wissen. Gerade am Handgelenk besteht auf Grund seines geringen Volumens und des minimalen Weichteilmantels zwischen Gelenkkapsel und umliegenden Sehnen und Nervenbahnen das Risiko, dass diese Strukturen durch eine mögliche Überhitzung der Spülflüssigkeit und des gesamten Gelenkbereiches geschädigt werden. Nach unserem Kenntnisstand gab es bisher hierzu keine Untersuchungen.
Aus diesem Grund war das Ziel der vorliegenden Arbeit, an Handgelenken von Leichen unter Simulation verschiedener klinischer Einsatzgebiete von RF-Energie in der Handgelenksarthroskopie die Temperaturentwicklung sowohl intraartikulär in der Spülflüssigkeit und im behandelten Gewebe, als auch extraartikulär im Bereich von Sehnen und Nerven zu evaluieren. Weiterhin wurde der Einfluss der vier Variablen Energieabgabedauer, Spülung des Gelenkes, RF-System (bipolar vs. monopolar) sowie die Entfernung zwischen aktiver RF-Sonde und Messpunkten auf das Temperaturprofil im Handgelenk untersucht.
Dazu wurden 14 menschliche Handgelenke von sieben Leichenspendern verwendet. Für diese Versuche konzipierte und gebaute Temperaturmesssonden wurden an folgenden Messpunkten im Handgelenk platziert und fixiert: (1) zugeführte Spülflüssigkeit, (2) Recessus radialis, (3) SL-Band, (4) subchondraler Knochen der Fossa lunata, (5) DRUG, (6) Bereich zwischen 4. und 5. Strecksehnenfach auf Höhe des Radiokarpalgelenks, (7) N. ulnaris auf Höhe des Radiokarpalgelenks, (8) Mediokarpalgelenk zentral zwischen Os lunatum und Os capitatum. Anschließend wurden mit einem bipolaren RF-System an den rechten Handgelenken und mit einem monopolaren RF-Gerät an den linken Handgelenken jeweils die folgenden vier Versuche durchgeführt und die entstehenden Temperaturen aufgezeichnet: erstens eine zentrale Abgabe der RF-Energie im Radiokarpalgelenk am Os lunatum mit und ohne Spülung, zweitens eine Knorpelglättung der Fossa lunata, drittens ein Debridement/ Schrumpfung des SL-Bandes und viertens ein Debridement des TFCC.
In den Ergebnissen hat sich mit zunehmender Dauer der Energieabgabe ein nahezu kontinuierlicher Temperaturanstieg an allen Sonden mit relevanten Temperatur-änderungen gezeigt. Dieses Ergebnis war bei allen Versuchsteilen statistisch signifikant (p < 0,05) und unabhängig von der Art des RF-Systems.
Weiterhin war feststellbar, dass durch Spülung beim Einsatz von RF-Energie die Durchschnittstemperaturen reduziert werden konnten. Der Unterschied im Vergleich zur Gruppe ohne Spülung war jedoch statistisch nicht signifikant (p > 0,05). Bei den Temperaturhöchstwerten aber konnte eine statistisch signifikante (p < 0,05) Senkung der Temperaturen durch Spülung erzielt werden. Sowohl die Durchschnitts- als auch die Maximaltemperaturen des monopolaren RF-Systems wurden durch Spülung deutlich stärker reduziert als die des bipolaren RF-Gerätes.
Der Vergleich des bipolaren und monopolaren RF-Systems ließ erkennen, dass das bipolare RF-Gerät in 75 % der Fälle statistisch signifikant (p < 0,05) höhere Durchschnittstemperaturen generiert hat als das monopolare System. Beide Geräte haben zu Maximaltemperaturen über 50 °C geführt, wobei bei Einsatz des bipolaren RF-Systems diese Temperaturen dreimal häufiger und auch bereits nach kürzerer Behandlungszeit aufgetreten sind.
In fast allen Versuchen konnte eine statistisch signifikante (p < 0,05) Abnahme der Durchschnittstemperaturen mit zunehmender Distanz der Messpunkte von der RF-Sonde bewiesen werden. Deshalb zeigte sich eindeutig, dass sowohl bei den Durchschnitts- als auch Maximaltemperaturen nur am Ort der RF-Abgabe des jeweiligen Versuches ein nennenswerter Temperaturanstieg feststellbar war. Die Durchschnitts-temperaturen haben dabei bei keinem Versuch die 50 °C-Grenze überschritten. Blickt man jedoch auf die Spitzentemperaturen der einzelnen Versuche, so muss folgendes konstatiert werden: Beim Einsatz des bipolaren RF-Gerätes zur Glättung des Gelenkknorpels der Fossa lunata sind im subchondralen Knochen in etwa 30 % der Fälle Temperaturen über 50 °C mit einem Spitzenwert von fast 70 °C entstanden, die zum einen eine vollschichtige Schädigung der Chondrozyten bis zum angrenzenden Knochen, zum anderen auch Osteonekrosen des subchondralen Knochens wahrscheinlich machen. Weiterhin zeigten sich bei diesem Versuch auch im DRUG Temperaturspitzen, die die Chondrozyten des dortigen Gelenkknorpels schädigen könnten. Im Versuch der SL-Band-Schrumpfung waren keine Maximaltemperaturen über 50 °C – auch nicht im SL-Band selbst – feststellbar. Ob somit ein effektives „shrinkage“ des SL-Bandes überhaupt möglich ist, sei angesichts der niedrigen gemessenen Temperaturen in Frage gestellt. Beim Debridement des TFCC sind bei Verwendung des bipolaren sowie des monopolaren RF-Systems im DRUG potentiell schädliche Temperaturen über 50 °C aufgetreten. In der Spülflüssigkeit des radiokarpalen Gelenkspaltes wurden keine Temperaturen jenseits der 50 °C-Grenze gemessen, somit war keine Überhitzung der Spülflüssigkeit festzustellen. Im Mediokarpalgelenk, im Bereich des 4. und 5. Strecksehnenfaches und am N. ulnaris lagen die Werte der Höchsttemperaturen sogar stets unter 30 °C, schädigende Temperaturen konnten in der Umgebung dieser Strukturen folglich nicht ermittelt werden.
Aus den Ergebnissen dieser Studie lassen sich abschließend folgende Schlussfolgerungen für den klinischen Einsatz ziehen:
Je länger mit Hilfe von RF-Geräten Energie im Handgelenk abgegeben wird, desto größer wird die Gefahr von Gewebsschädigungen im Bereich des Handgelenkes. Da das oberste Ziel des RFE-Einsatzes sein muss, den gewünschten Effekt einer Thermoablation bei möglichst geringem thermischen Stress für die vitalen Zellen zu erzielen, sollte auf kurze Aktivierungsphasen der RF-Geräte sowie eine Energieabgabe in kurzen Intervallen geachtet werden.
Durch Spülen des Gelenkes können die auftretenden Temperaturen und im Besonderen die Temperaturspitzen vor allem bei Einsatz eines monopolaren RF-Systems reduziert werden. Um die Effizienz der Spülung im Handgelenk noch zu steigern, muss in Zukunft ein Weg gefunden werden, die Spülflüssigkeit aktiv aus dem Gelenkraum zu entfernen, wie es beispielsweise in der Schultergelenksarthroskopie bereits durchgeführt wird. Die Entwicklung spezieller Saugvorrichtungen für RF-Sonden kleiner Gelenke könnte hierbei eine Möglichkeit darstellen.
Die Verwendung des bipolaren RF-Gerätes war in dieser Studie mit einem eindeutig höheren Risiko verbunden, gewebsschädigende Temperaturen im Handgelenk zu generieren als das monopolare System. Niedrigere Durchschnittstemperaturen und seltenere Temperaturspitzen über 50 °C, wie in unserer Studie für das monopolare RF-System gezeigt werden konnte, bedeuten mehr Sicherheit für den Patienten.
Die entstandenen Temperaturprofile lassen erkennen, dass bei Einsatz von RF-Geräten in der Handgelenksarthroskopie in erster Linie das behandelte sowie das direkt angrenzende Gewebe einem Risiko thermischer Schädigung ausgesetzt ist, eine Überhitzung der Spülflüssigkeit konnte nicht festgestellt werden. Weiterführende klinische Studien und Nachuntersuchungen werden nötig sein, um die Gefahr subchondraler Osteonekrosen bei Thermoablation am Knorpel – besonders im Handgelenk mit seinem dünnen Knorpelüberzug – besser einschätzen zu können. Für die im Bereich des Handgelenks verlaufenden Strukturen wie Sehnen oder Nerven scheint nach unseren Ergebnissen kein erhöhtes Risiko einer thermischen Schädigung beim Einsatz von RF-Geräten in der Handgelenksarthroskopie zu bestehen.
Translation of the abstract (English)
Over the last decade, small tools for radiofrequency energy (RFE) application have been developed, and RFE application is now widely used for tissue resection, tissue shrinkage, and coagulation in wrist joint arthroscopy. However, variable results have been reported regarding the safety of RFE in arthroscopy. Available data regarding RFE in arthroscopic surgery have mostly been obtained from knee ...
Translation of the abstract (English)
Over the last decade, small tools for radiofrequency energy (RFE) application have been developed, and RFE application is now widely used for tissue resection, tissue shrinkage, and coagulation in wrist joint arthroscopy. However, variable results have been reported regarding the safety of RFE in arthroscopy.
Available data regarding RFE in arthroscopic surgery have mostly been obtained from knee and shoulder arthroscopy. An increasing number of studies show that RFE applied in arthroscopy induces thermal injuries in adjacent tissues, reported as burns, tendon ruptures, and axillary nerve injury. One study observed a 6% complication rate in wrist arthroscopy using RFE, resulting in tendon ruptures and full-thickness skin burns.
Thus far, no laboratory control trial has been performed to determine the use of small-joint RFE probes for wrist arthroscopy. The importance of a wrist-specific trial is to account for the specialized wrist anatomy. Different structures such as cartilage, bone, nerves, tendons, and ligaments are often in close proximity, only 2 to 5 mm away. In addition, because of a lack of wrist-specific thermo-irrigation fluid management instruments, tissue temperatures with radiofrequency (RF) probes in wrist arthroscopy are widely unknown.
To date, only one cadaveric study has investigated the impact of using RFE devices on the wrist joint. More studies are required to determine the effect of RFE on tissue in the wrist and to develop effective protocols to minimize complications.
The purpose of this study was to investigate the temperature profile both intraarticular and extraarticular in the range of tendons and nerves. We hypothesize first that a mean temperature increase will occur with the duration of the applied energy, second that irrigation will decrease the temperature profil, third that there is a significant difference between the bipolar and monopolar devices and fourth that the temperature will decrease to the distance of the RF probe.
We obtained 14 arms from 7 cadavers; written consent was obtained from patients before death. The arms were stored at -20 °C without any further fixation and were
only thawed to room temperature before the experiment was started.
Temperature probes containing platinum-chip sensors (Pt 1000, TYP PCA, and 1.1505.10M; JUMO GmbH & Co KG, Fulda, Germany) were used for all experiments, measuring 2 temperatures per second, with an accuracy of ± 0.1 °C. Eight probes were used in total. Probe 1 was used as a reference to detect the temperature of the irrigation fluid at room temperature of 20 °C. Six temperature probes were then surgically implanted, by use of a 2.5 magnifying lens under direct visualization, to the following locations on the wrist: Probe 2 was inserted intra-articularly into the radial recess. Probe 3 was inserted into the scapholunate ligament. Probe 4 was inserted into a hole of 2 mm, drilled dorsally subchondral in the center of the lunate fossa. Probe 5 was placed intra-articularly at the distal radioulnar joint (DRUJ). Probe 6 was placed extra-articularly into the tendon sheath of the 4/5 compartment. Probe 7 was implanted adjacent to the ulnar nerve at the same level as the ulnocarpal joint extra-articularly. All of these probes were positioned by a minute skin incision followed by blunt dissection through the capsular. Probes were fixed with a No. 4-0 Prolene suture (Ethicon, Somerville, NJ), and the wrist joint capsular was closed.
Thereafter the arms were fixed in the commercially available Acumed Arc Wrist Tower (Acumed, Hillsboro, OR), and finger-traps and maximum distraction were applied. The final probe, probe 8, was intra-articularly fixed by arthroscopy central in the midcarpal joint.
A standard wrist arthroscopy was then performed by use of the No. 3-4 portal for the overview and the 6R portal for the RF probe. To apply bipolar currency, VAPR II 2.3-mm side effect electrodes (DePuy Mitek, Westwood, MA) were used. A monopolar OPES Ablator for small joints (45°; Arthrex, Naples, FL) was used for all monopolar applications.
All wrists were initially flushed with 0.9% sodium chloride until a temperature of 20 °C was reached by all probes. Irrigation was applied at a pressure of 50 mmHg with an inflow rate of 50 mL/min. Gravity-assisted outflow was achieved by an 18-gauge needle in the 6U portal. The temperature was monitored and recorded by an 8-channel custom-built simultaneous measuring device.
We performed four trials with the bipolar device on the right arms and with the monopolar device on the left arms: first RF application centrally in the radiocarpal joint above the lunate fossa with and without irrigation; second the chondroplasty of the lunate fossa; third the debridement/ shrinkage of the SL-ligament; fourth the debridement of the TFCC.
The results show that a mean temperature increase occured at all temperature probes with the duration of the applied energy. This was statistically significant (p < 0,05) for all trials and both RF devices.
Furthermore we determined that the mean temperature could be reduced by irrigation. But compared with the trial without irrigation the difference was statistically not significant. In contrast, a significant decrease in maximum temperature was achieved by irrigation for the monopolar system (P < 0,031), as well as for the bipolar system (P < 0,018). However, cooling by irrigation appeared to be more efficient when the monopolar device was used.
The comparison between the monopolar and bipolar device shows that the bipolar device generated statistically significant higher mean temperatures in 75% of all cases. Both RF systems led to temperatures above 50 °C, but the bipolar device caused such high temperatures three times as likely as the monopolar.
The temperature decreased proportional to the distance of the RF probe for both devices. A noticable increase of the mean as well as the maximum temperature could be determined only next to the RF probe. The mean temperature did not exceed 50 °C, but the maximum temperature did: During the chondroplasty of the lunate fossa with the bipolar device occured in the subchondral bone in 30 % of all cases temperatures above 50 °C with a peak value of almost 70 °C. These temperatures may cause a full thickness death of chondrocytes as well as osteonecrosis of the subchondral bone. Additionally the temperature in the DRUJ reached also peaks above 50 °C so that chondrocytes in this joint could be damaged as well. During the shrinkage of the SL-ligament no temperatures above 50 °C appeared – not even in the SL-ligament. In respect of these results it could be put in question if a effective shrinkage of the SL-ligament is possible at all. During the TFCC-debridement the temperature in the DRUJ increased above 50 °C in the use of both RF devices. In the irrigation fluid as well as in the sorrounding tissue of the wrist (tendons, ulnar nerve) there could not be measured any potential damaging temperature at any time during the trials.
Export bibliographical data
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Date: | 15 January 2014 |
| Referee: | Prof. Dr. Michael Nerlich |
| Date of exam: | 10 January 2014 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Unfallchirurgie |
| Keywords: | Handgelenk, Arthroskopie, Handgelenksarthroskopie, Radiofrequenzenergie, monopolar, bipolar |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 29297 |
Metadata last modified: 02 Jun 2018 14:30
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