Cone beam computed tomography in oral radiology

In dentistry, basic imaging techniques such as intraoral and panoramic radiography are in most cases the only imaging techniques required for the detection of pathology. Conventional intraoral radiographs provide images with sufficient information for most dental radiographic needs. Panoramic radiography produces a single image of both jaws, giving an excellent overview of oral hard tissues. Regardless of the technique, plain radiography has only a limited capability in the evaluation of three-dimensional (3D) relationships. Technological advances in radiological imaging have moved from two-dimensional (2D) projection radiography towards digital, 3D and interactive imaging applications. This has been achieved first by the use of conventional computed tomography (CT) and more recently by cone beam CT (CBCT). CBCT is a radiographic imaging method that allows accurate 3D imaging of hard tissues. CBCT has been used for dental and maxillofacial imaging for more than ten years and its availability and use are increasing continuously. However, at present, only best practice guidelines are available for its use, and the need for evidence-based guidelines on the use of CBCT in dentistry is widely recognized. We evaluated (i) retrospectively the use of CBCT in a dental practice, (ii) the accuracy and reproducibility of pre-implant linear measurements in CBCT and multislice CT (MSCT) in a cadaver study, (iii) prospectively the clinical reliability of CBCT as a preoperative imaging method for complicated impacted lower third molars, and (iv) the tissue and effective radiation doses and image quality of dental CBCT scanners in comparison with MSCT scanners in a phantom study. Using CBCT, subjective identification of anatomy and pathology relevant in dental practice can be readily achieved, but dental restorations may cause disturbing artefacts. CBCT examination offered additional radiographic information when compared with intraoral and panoramic radiographs. In terms of the accuracy and reliability of linear measurements in the posterior mandible, CBCT is comparable to MSCT. CBCT is a reliable means of determining the location of the inferior alveolar canal and its relationship to the roots of the lower third molar. CBCT scanners provided adequate image quality for dental and maxillofacial imaging while delivering considerably smaller effective doses to the patient than MSCT. The observed variations in patient dose and image quality emphasize the importance of optimizing the imaging parameters in both CBCT and MSCT.

In vitro development of islets from human adult pancreatic tissues

Transplantation of isolated islets from cadaver pancreas is a promising possibility for the optimal treatment of type 1 diabetes. The lack of islets is a major problem. Here we have investigated the possibility of generating islets in tissue culture of human pancreatic cells. We first reproduced a previously reported method of in vitro generation of endocrine cells from human adult pancreatic tissue. By tracing the bromodeoxyuridine-labeled cells in differentiated islet buds, we found that the pancreatic progenitor cells represented a subpopulation of cytokeratin 19 (CK19)-positive ductal cells. Serum-free medium and Matrigel overlay were essential for the endocrine differentiation. We then examined the involvement of preexisting islet cells in islet neogenesis. About 6-10% of endocrine cells dedifferentiated and acquired a transitional phenotype by coexpressing CK19. Significant cell proliferation was only observed in CK19-positive cells, but not in chromogranin A-positive endocrine cells. The in vitro-derived human islets were morphologically and functionally immature when compared with normal islets. Their insulin mRNA levels were only 4-5% of that found in fresh human islets, and glucose-stimulated insulin release was 3 times lower than that of control islets. Moreover, some immature endocrine cells coexpressed insulin and glucagon. After transplantation in nude mice, the in vitro-generated islets became mature with one type of hormone per endocrine cell. In addition, we also found that also in both fresh islet transplants many cells coexpressed endocrine markers and ductal marker CK19 as a sign of ductal to endocrine cell transition. Finally, we studied the effects of clinically used immunosuppressive drugs on precursor cell proliferation and differentiation. Mycophenolate mofetil (MMF) severely hampered duct-cell proliferation, and significantly reduced the total DNA content indicating its antiproliferative effect on the precursors. Tacrolimus mainly affected differentiated beta cells by decreasing the insulin content per DNA as well as the proportion of insulin-positive cells. Sirolimus and daclizumab did not show any individual or synergistic side effects suggesting that these drugs are amenable for use in clinical islet transplantation. In summary, we confirm the capacity of endocrine differentiation from progenitors present in the adult human pancreas. The plasticity of differentiated cell types of human pancreas may be a potential mechanism of human pancreas regeneration. Ductal cell differentiation into endocrine cells in transplanted islets may be an important factor in sustaining the long-term function of islet transplants. The immunosuppressive protocol is likely to be an important determinant of long-term clinical islet graft function. Moreover, these results provide new information on the mechanisms of pancreatic islet regeneration and provide the basis for the development of new strategies for the treatment of insulin deficient diabetes mellitus.

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.

Bioabsorbable materials for osteosynthesis and small joint arthroplasty in the hand

Fractures and arthritic joint destruction are common in the hand. A reliable and stable fracture fixation can be achieved by metal implants, which however, become unnecessary or even harmful after consolidation. The silicone implant arthroplasty is the current method of choice for reconstruction of metacarpophalangeal joints in rheumatoid patients. However, the outcome tends to worsen with long-term follow-up and implant-related complications become frequent. To address these problems, bioabsorbable implants were designed for the hand area. Aims of the studies were: 1) to evaluate the biomechanical stabilities provided by self- reinforced (SR) bioabsorbable implants in a transverse and an oblique osteotomy of small tubular bones and to compare them with those provided by metal implants; 2) to evaluate the SR poly-L/DL-lactide 70/30 plate for osteosynthesis in a proof-of-principle type of experiment in three cases of hand injuries; and 3) to evaluate the poly-L/D-lactide (PLA) 96/4 joint scaffold, a composite joint implant with a supplementary intramedullary Polyactive® stem and Swanson silicone implant in an experimental small joint arthroplasty model. Methods used were: 1) 112 fresh frozen human cadaver and 160 pig metacarpal bones osteotomised transversally or obliquely, respectively, and tested ex vivo in three point bending and in torsion; 2) three patient cases of complex hand injuries; and 3) the fifth metacarpophalangeal joints reconstructed in 18 skeletally-mature minipigs and studied radiologically and histologically. The initial fixation stabilities provided by bioabsorbable implants in the tubular bones of the hand were comparable with currently-employed metal fixation techniques, and were sufficient for fracture stabilisation in three preliminary cases in the hand. However, in torsion the stabilities provided by bioabsorbable implants were lower than that provided by metal counterparts. The bioabsorbable plate enhanced the bending stability for the bioabsorbable fixation construct. PLA 96/4 joint scaffolds demonstrated good biocompatibility and enabled fibrous tissue in-growth in situ. After scaffold degradation, a functional, stable pseudarthrosis with dense fibrous connective tissue was formed. However, the supplementary Polyactive® stem caused a deleterious tissue reaction and therefore the stem can not be applied to the composite joint implant. The bioabsorbable implants have potential for use in clinical hand surgery, but have to await validation in clinical patient series and controlled trials.