Novel surgical and imaging methods of the middle ear and temporal bone

Välikorvaleikkauksiin usein liittyvän välikorvan ja kuuloluuketjun kirurgisen rekonstruktion tavoitteena on luoda olosuhteet, jotka mahdollistavat hyvän kuulon sekä välikorvan säilymisen tulehduksettomana ja ilmapitoisena. Välikorvan rekonstruktiossa on käytetty implanttimateriaaleina perinteisesti potilaan omia kudoksia sekä tarvittaessa erilaisia hajoamattomia biomateriaaleja, mm. titaania ja silikonia. Ongelmana biomateriaalien käytössä voi olla bakteerien adherenssi eli tarttuminen vieraan materiaalin pintaan, mikä saattaa johtaa biofilmin muodostumiseen. Tämä voi aiheuttaa kroonisen, huonosti antibiootteihin reagoivan infektion kudoksessa, mikä usein käytännössä johtaa uusintaleikkaukseen ja implantin poistoon. Maitohappo- ja glykolihappopohjaiset biologisesti hajoavat polymeerit ovat olleet kliinisessä käytössä jo vuosikymmeniä. Niitä on käytetty erityisesti tukimateriaaleina mm. ortopediassa sekä kasvo- ja leukakirurgiassa. Niitä ei ole toistaiseksi käytetty välikorvakirurgiassa. Korvan kuvantamiseen käytetään ensisijaisesti tietokonetomografiaa (TT). TT-tutkimuksen ongelmana on potilaan altistuminen suhteellisen korkealle sädeannokselle, joka kasvaa kumulatiivisesti, jos kuvaus joudutaan toistamaan. Väitöskirjatyö selvittää uuden, aiemmin kliinisessä työssä rutiinisti lähinnä hampaiston ja kasvojen alueen kuvantamiseen käytetyn rajoitetun kartiokeila-TT:n soveltuvuutta korvan alueen kuvantamiseen. Väitöskirjan kahdessa ensimmäisessä osatyössä tutkittiin ja verrattiin kahden kroonisia ja postoperatiivisia korvainfektioita aiheuttavan bakteerin, Staphylococcus aureuksen ja Pseudomonas aeruginosan, in vitro adherenssia titaanin, silikonin ja kahden eri biohajoavan polymeerin (PLGA) pintaan. Lisäksi tutkittiin materiaalien albumiinipinnoituksen vaikutusta adherenssiin. Kolmannessa osatyössä tutkittiin eläinmallissa PLGA:n biokompatibiliteettia eli kudosyhteensopivuutta kokeellisessa välikorvakirurgiassa. Chinchillojen välikorviin istutettiin PLGA-materiaalia, eläimiä seurattiin, ja ne lopetettiin 6 kk:n kuluttua operaatiosta. Biokompatibiliteetin arviointi perustui kliinisiin havaintoihin sekä kudosnäytteisiin. Neljännessä osatyössä tutkittiin kartiokeila-TT:n soveltuvuutta korvan alueen kuvantamiseen vertaamalla sen tarkkuutta perinteisen spiraali-TT:n tarkkuuteen. Molemmilla laitteilla kuvattiin ohimo- eli temporaaliluita korvan alueen kliinisesti ja kirurgisesti tärkeiden rakenteiden kuvantumisen tarkkuuden arvioimiseksi. Viidennessä osatyössä arvioitiin myös operoitujen temporaaliluiden kuvantumista kartiokeila-TT:ssa. Bakteeritutkimuksissa PLGA-materiaalin pintaan tarttui keskimäärin korkeintaan saman verran tai vähemmän bakteereita kuin silikonin tai titaanin. Albumiinipinnoitus vähensi bakteeriadherenssia merkitsevästi kaikilla materiaaleilla. Eläinkokeiden perusteella PLGA todettiin hyvin siedetyksi välikorvassa. Korvakäytävissä tai välikorvissa ei todettu infektioita, tärykalvon perforaatioita tai materiaalin esiin työntymistä. Kudosnäytteissä näkyi lievää tulehdusreaktiota ja fibroosia implantin ympärillä. Temporaaliluutöissä rajoitettu kartiokeila-TT todettiin vähintään yhtä tarkaksi menetelmäksi kuin spiraali-TT välikorvan ja sisäkorvan rakenteiden kuvantamisessa, ja sen aiheuttama kertasäderasitus todettiin spiraali-TT:n vastaavaa huomattavasti vähäisemmäksi. Kartiokeila-TT soveltui hyvin välikorvaimplanttien ja postoperatiivisen korvan kuvantamiseen. Tulokset osoittavat, että PLGA on välikorvakirurgiaan soveltuva, turvallinen ja kudosyhteensopiva biomateriaali. Biomateriaalien pinnoittaminen albumiinilla vähentää merkittävästi bakteeriadherenssia niihin, mikä puoltaa pinnoituksen soveltamista implanttikirurgiassa. Kartiokeila-TT soveltuu korvan alueen kuvantamiseen. Sen tarkkuus kliinisesti tärkeiden rakenteiden osoittamisessa on vähintään yhtä hyvä ja sen potilaalle aiheuttama sädeannos pienempi kuin nykyisen korva-spiraali-TT:n. Tämä tekee menetelmästä spiraali-TT:aa potilasturvallisemman vaihtoehdon erityisesti, jos potilaan tilanne vaatii seurantaa ja useampia kuvauksia, ja jos halutaan kuvata rajoitettuja alueita uni- tai bilateraalisesti.

Studies on diamond-like carbon and novel diamond-like carbon polymer hybrid coatings deposited with filtered pulsed arc discharge method

The main obstacle for the application of high quality diamond-like carbon (DLC) coatings has been the lack of adhesion to the substrate as the coating thickness is increased. The aim of this study was to improve the filtered pulsed arc discharge (FPAD) method. With this method it is possible to achieve high DLC coating thicknesses necessary for practical applications. The energy of the carbon ions was measured with an optoelectronic time-of-flight method. An in situ cathode polishing system used for stabilizing the process yield and the carbon ion energies is presented. Simultaneously the quality of the coatings can be controlled. To optimise the quality of the deposition process a simple, fast and inexpensive method using silicon wafers as test substrates was developed. This method was used for evaluating the suitability of a simplified arc-discharge set-up for the deposition of the adhesion layer of DLC coatings. A whole new group of materials discovered by our research group, the diamond-like carbon polymer hybrid (DLC-p-h) coatings, is also presented. The parent polymers used in these novel coatings were polydimethylsiloxane (PDMS) and polytetrafluoroethylene (PTFE). The energy of the plasma ions was found to increase when the anode-cathode distance and the arc voltage were increased. A constant deposition rate for continuous coating runs was obtained with an in situ cathode polishing system. The novel DLC-p-h coatings were found to be water and oil repellent and harder than any polymers. The lowest sliding angle ever measured from a solid surface, 0.15 ± 0.03°, was measured on a DLC-PDMS-h coating. In the FPAD system carbon ions can be accelerated to high energies (≈ 1 keV) necessary for the optimal adhesion (the substrate is broken in the adhesion and quality test) of ultra thick (up to 200 µm) DLC coatings by increasing the anode-cathode distance and using high voltages (up to 4 kV). An excellent adhesion can also be obtained with the simplified arc-discharge device. To maintain high process yield (5µm/h over a surface area of 150 cm2) and to stabilize the carbon ion energies and the high quality (sp3 fraction up to 85%) of the resulting coating, an in situ cathode polishing system must be used. DLC-PDMS-h coating is the superior candidate coating material for anti-soiling applications where also hardness is required.

Electrocardiographic repolarization variables in detecting myocardial infarction and ischemic injury : From body surface potential mapping to a single lead

The aim of the studies was to improve the diagnostic capability of electrocardiography (ECG) in detecting myocardial ischemic injury with a future goal of an automatic screening and monitoring method for ischemic heart disease. The method of choice was body surface potential mapping (BSPM), containing numerous leads, with intention to find the optimal recording sites and optimal ECG variables for ischemia and myocardial infarction (MI) diagnostics. The studies included 144 patients with prior MI, 79 patients with evolving ischemia, 42 patients with left ventricular hypertrophy (LVH), and 84 healthy controls. Study I examined the depolarization wave in prior MI with respect to MI location. Studies II-V examined the depolarization and repolarization waves in prior MI detection with respect to the Minnesota code, Q-wave status, and study V also with respect to MI location. In study VI the depolarization and repolarization variables were examined in 79 patients in the face of evolving myocardial ischemia and ischemic injury. When analyzed from a single lead at any recording site the results revealed superiority of the repolarization variables over the depolarization variables and over the conventional 12-lead ECG methods, both in the detection of prior MI and evolving ischemic injury. The QT integral, covering both depolarization and repolarization, appeared indifferent to the Q-wave status, the time elapsed from MI, or the MI or ischemia location. In the face of evolving ischemic injury the performance of the QT integral was not hampered even by underlying LVH. The examined depolarization and repolarization variables were effective when recorded in a single site, in contrast to the conventional 12-lead ECG criteria. The inverse spatial correlation of the depolarization and depolarization waves in myocardial ischemia and injury could be reduced into the QT integral variable recorded in a single site on the left flank. In conclusion, the QT integral variable, detectable in a single lead, with optimal recording site on the left flank, was able to detect prior MI and evolving ischemic injury more effectively than the conventional ECG markers. The QT integral, in a single-lead or a small number of leads, offers potential for automated screening of ischemic heart disease, acute ischemia monitoring and therapeutic decision-guiding as well as risk stratification.