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Aus der Klinik für Anaesthesiologie, Intensiv-, Palliativ- und Schmerzmedizin des Berufsgenossenschaftlichen Universitätsklinikums Bergmannsheil
der Ruhr-Universität Bochum Direktor: Prof. Dr. med. Michael Zenz
Ultraschalleigenschaften von Punktionsnadeln
für die Regionalanästhesie
Kumulative Inaugural-Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin
einer Hohen Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum
vorgelegt von Tim Mäcken
aus Wilhelmshaven 2007
Dekan: Prof. Dr. med. G. Muhr Referent: Prof. Dr. med. M. Zenz Referent: Priv. Doz. Dr. med. M. Strumpf Tag der mündlichen Prüfung: 10.04.2008
ABSTRACT
Mäcken, T. Ultraschalleigenschaften von Punktionsnadeln für die Regionalanästhesie
Einleitung und Zielsetzung: Bei ultraschallgestützten peripheren Nervenblockaden ist die
Sichtbarkeit der Nadeln eine unabdingbare Vorraussetzung für sichere und erfolgreiche Punktionen. In
einer prospektiven Studie untersuchten wir die Sichtbarkeit im Ultraschallbild von zwölf derzeitig
verwendeten Nadeln. Unsere Hypothese war, dass sich verschiedene Nadeln unterschiedlich im
Ultraschallbild abbilden. Des Weiteren untersuchten wir den Einfluss (a) des Punktionswinkels zur
Ultraschallebene, (b) verschiedener Testumgebungen und (c) unterschiedlicher Ultraschallgeräte auf
die Qualität der Abbildung mit Ultraschall.
Methodik: Zwölf Nadeln wurden prospektiv in zwei Punktionswinkeln (0°, 45°) und in drei
Ultraschallebenen (Nadelschaft längs, Nadelspitze längs und quer) getestet. Zur Beurteilung der
Sichtbarkeit von Nadel- und Ultraschallbild wurden sechs Kriterien verwendet (engl.: visibility-score;
VS 0-10): (1) Sichtbarkeit der Nadel, (2) Sichtbarkeit der Umgebung, (3) Integrität der
Nadeloberfläche, (4) Artefaktformierung, (5) Ausmaß der Schattenbildung und (6) Erkenn- und
Unterscheidbarkeit der Nadel von der Umgebung. Die Ultraschallaufnahmen wurden mit drei
Ultraschallgeräten verschiedener Hersteller und in zwei Testumgebungen durchgeführt (Wasserbad
und Tiermodel). Die Evaluierung erfolgte durch zwei Untersucher und war für den Nadeltyp, nicht
aber für das Testmedium und das Ultraschallgerät verblindet.
Ergebnisse: Bei einem Punktionswinkel von 0° zur Ultraschallebene war die Nadelsichtbarkeit
im Tiermodel gut (VS > 6, Kriterium 6), jedoch bei einem Winkel von 45° deutlich reduziert. In dieser
Einstellung waren zwei Nadeln nur schwer zu identifizieren (VS < 3) und nur 3 erreichten einen VS >
7 (Kriterium 6). Die Abbildungsqualität war in allen drei Ultraschallebenen im Tiermodel schlechter
als im Vergleich zum Wasserbad (p<0,001) und schlechter bei einem Winkel von 45° im Vergleich zu
0° (p<0,001). Der Einfluss des Ultraschallgeräts auf die Abbildungsqualität war nicht signifikant.
Zusammenfassung: In einem menschenähnlichen Gewebemodel fanden wir
signifikante Unterschiede unterschiedlicher Nadeln bei einem Punktionswinkel von 45°. In
der klinischen Tätigkeit werden überwiegend Punktionswinkel von 30 – 60° verwendet. Die
Sichtbarkeit von Punktionsnadeln ist eine Prämisse bei den Blockaden von Nerven unter
Ultraschallsicht. Aufgrund unserer Ergebnisse sehen wir die Notwendigkeit, die Echogenität
von Nadeln für die Blockaden peripherer Nerven mit Ultraschall zu verbessern.
1
INHALTSVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG .......................................................................................2
1.1 Hintergrund.......................................................................................................... 2
1.2 Vorteile von Blockaden unter Ultraschallsicht...................................................... 2
1.3 Zielsetzung.......................................................................................................... 3
2. METHODIK..........................................................................................4
2.1 Studienablauf ...................................................................................................... 4
2.1.1 Schritt 1: Geräte, Untersuchungsmodelle und Schallebenen ........................ 4
2.1.2 Schritt 2: Verblindung und Evaluierung nach festen Kriterien........................ 6
2.1.3 Schritt 3: Auswertung.............................................................................................................6
2.2 Statistik................................................................................................................ 6
3. ERGEBNISSE .....................................................................................8
3.1 Untersucherunterschiede .................................................................................... 8
3.2 Sichtbarkeit der Nadeln in Abhängigkeit vom Modell .......................................... 8
3.3 Artefaktformation und Schattenbildung der Nadeln........................................... 10
3.4 Einfluss des Testmediums (Modell)................................................................... 12
3.5 Einfluss des Ultraschallgerätes ......................................................................... 13
4. DISKUSSION.....................................................................................14
4.1 Die ideale Punktionsnadel................................................................................. 14
4.2 Ist - Zustand von Punktionsnadeln .................................................................... 14
4.3 Klinische Beispiele ............................................................................................ 15
4.3.1 Blockaden der oberen Extremität ................................................................ 15
4.3.2 Blockaden der unteren Extremität ............................................................... 17
4.4 Bedeutung des Punktionswinkels zur Ultraschallebene .................................... 17
4.5 Testmodelle und Ausblick ................................................................................. 18
4.6 Zusammenfassung............................................................................................ 18
5. LITERATUR.......................................................................................19
2
1. Einleitung
1.1 Hintergrund
Hochauflösender Ultraschall ermöglicht die direkte Darstellung von peripheren Nerven
und umgebenden Strukturen. Die Ausbreitung des Lokalanästhetikums für die
Nervenblockade ist während der Injektion sichtbar. Bei einer nicht optimalen Verteilung des
Lokalanästhetikums um den oder die Nerven kann die Nadelposition sofort unter Sicht
korrigiert werden, um einen Blockadeerfolg zu garantieren. Sicherheit und Blockadeerfolg
sind die Hauptkriterien für die Beurteilung von Blockadeverfahren am Patienten. Einer
Umfrage nach werden mit konventionellen Techniken zur Blockade peripherer Nerven ohne
Bildgebung je nach Arbeitsgruppe Erfolgsraten zwischen 69 und 89% erreicht [8]. Eine
Nachblockierung der Nerven oder der Wechsel auf ein anderes Narkoseverfahren ist bei
einem Versagen der Blockade zur Durchführung der Operation notwendig.
In der Regionalanästhesie ist die Verwendung von Ultraschall für periphere
Nervenblockaden aktuell das Gebiet mit der größten Entwicklung [13].
1.2 Vorteile von Blockaden unter Ultraschallsicht
Durch die Abbildung von Nadel, Nerv, Lokalanästhetikum und umgebender Strukturen
ergeben sich folgende Vorteile von peripheren Nervenblockaden mit Ultraschall gegenüber
Verfahren nicht-bildgebender Techniken: (a) geringere Dosierungen an Lokalanästhetika [4,
11], (b) hohes Maß an Sicherheit nicht versehentlich in die Nervenbahnen, Blutgefässe oder
andere Organe zu injizieren [1-3, 5], (c) schnellere Anschlagzeit der Blockade, weil das
Lokalanästhetikum optimal um die Nerven platziert werden kann [11, 12, 16], (d) hohe
(höhere) Rate an erfolgreichen Blockaden [6, 10, 17], (e) geringere Zeit zur Durchführung der
Blockade [14, 16, 17] und (f) längere Blockadedauer [12, 17].
Alle oben aufgelisteten Vorteile sind nur möglich, wenn Nadel und Nerven lokalisiert
werden können. Das Problem einer teilweise unzureichenden Nadelsichtbarkeit unter
Ultraschall ist bekannt. Bereits 1990 haben sich Ärzte mit dieser Problematik bei
interventionellen Punktionen beschäftigt [7, 9]. Daten zur Nadelsichtbarkeit in der
Regionalanästhesie sind nur spärlich vorhanden und sind nicht an einem menschenähnlichen
Gewebe oder am Patienten durchgeführt worden [15]. Für das am häufigsten verwendete
Verfahren in der Regionalanästhesie, die einmalige periphere Nervenblockade, stehen keine
prospektiven Daten bezüglich der Sichtbarkeit von Punktionsnadeln unter Ultraschall zur
Verfügung.
3
1.3 Zielsetzung
Im Gegensatz zur rasanten Entwicklung in der Technik von hochauflösenden
Ultraschallgeräten - und somit der Darstellung von Nerven - hat sich das Design von
Punktionsnadeln kaum verändert. Unsere Hypothese war, dass aktuell verfügbare
Punktionsnadeln für periphere Nervenblockaden sich in ihrer Echogenität unterscheiden. Wir
untersuchten ferner, ob die Qualität des Ultraschallbildes der Nadeln vom Schallwinkel zur
Nadel, vom umgebenden Medium und vom Ultraschallgerät abhängt.
4
2. Methodik
2.1 Studienablauf
2.1.1 Schritt 1: Geräte, Untersuchungsmodelle und Schallebenen
Das Flussdiagramm verdeutlicht den Studienablauf (Abbildung 1). Es wurden 12 aktuell
erhältliche Nadeln für eine einmalige Blockade (engl.: single-shot anesthesia) peripherer
Nerven getestet. Hersteller und Nadelcharakteristiken sind in Tabelle 1 aufgeführt. Angaben
zu den Ultraschallgeräten und den verwendeten Schallköpfen werden in Tabelle 2 genannt.
Abbildung 1: Flussdiagramm des Studienablaufes. Eine Verblindung erfolgte für den Nadeltyp, nicht jedoch für Gerät und Testmedium. Schritt II: die Evaluierung der Ultraschallaufnahmen, erfolgte durch zwei Untersucher. Insgesamt wurden drei Aspekte jeder Nadel mit drei Ultraschallgeräten, in zwei Medien, in zwei Winkeln von zwei Untersuchern anhand von sechs Kriterien bewertet (3 x 3 x 2 x 2 x 2 x 6 = 432 Daten pro Nadel).
Für das Wasserbad wurde ein Aquarium mit 35 Litern Natriumchloridlösung verwendet.
Mit Hilfe einer Halteklemme und einem Geodreieck wurde die Nadel in 0 oder 45° Position
gebracht. Für das Tiermodell wurden Schweinebeine mit mindestens 10cm Durchmesser
verwendet. Die akustische Kopplung im Tiermodell wurde mit einem Standard Ultraschallgel
(Aquasonic 100, Parker Laboratories, Fairfield, NJ, USA) erzielt.
5
Tabelle 1: Hersteller und Eigenschaften der zwölf getesteten Nadeln. Der Grad des Schliffes der Nadelspitze war auf den Originalpackungen einiger Nadeln nicht aufgeführt (k. A.: keine Angabe).
Abmessungen
Nr. Hersteller Nadelbezeichnung Durchmesser
(gauge) Länge
(mm) Schliff
(°)
1 Havel's Chiba-Type Needle 22 152 30
2 Pajunk UniPlex NanoLine 22 80 k. A.
3 B. Braun Plexufix 24 50 45
4 Portex ProLong 19 50 30
5 Polymedic UPM 22 50 45
6 Vygon Locoplex 22 50 k. A.
7 Pajunk Plexolong UPS 19,5 60 k. A.
8 B. Braun Stimuplex A 22 50 30
9 B. Braun Stimuplex D 22 50 30
10 B. Braun Stimuplex D 22 50 15
11 Polymedic Polymedic US Needle 22 50 45
12 Arrow StimuQuick 21 90 k. A.
Tabelle 2: Hersteller der verwendeten Ultraschallgeräte und Typen der Schallköpfe.
Hersteller Gerätebezeichung Schallkopf
GE Healthcare
(Solingen, Deutschland) Logic 500
Linearschallkopf
LA39; 11,2Mhz
Esaote Biomedica GmbH
(Halbergmoos, Deutschland) MyLab 25
Linearschallkopf
539; 5-14Mhz
SonoSite GmbH
(Erlangen, Deutschland) Titan
Linearschallkopf
HAST; 10Mhz
Der Nadelschaft wurde quer (axial) und längs (longitudinal), die Nadelspitze nur quer
geschallt. Receiver-gain und target-gain-control wurden so eingestellt, dass die Nadel in
bestmöglicher Qualität dargestellt werden konnte. Fokuszonen wurden entsprechend der
Schalltiefe angepasst. Die Schalltiefe für die Längsaufnahmen betrug 2cm.
6
Für die Abbildung der Nadelspitze wurde diese solange leicht gedreht, bis die beste
Sichtbarkeit erreicht war (abhängig vom Schliff der Nadelspitze). Alle Nadeln wurden vor der
Aufnahme mit Natriumchloridlösung gefüllt, um einheitliche Untersuchungsbedingungen zu
erzielen. Der erste Untersucher führte die Schallmessungen durch, der Zweite war für die
Videoaufnahmen zuständig. Beide Untersucher sind in Ultraschall-gestützten Nerven-
blockaden sehr erfahren (zertifiziert: DEGUM (Deutsche Gesellschaft für Ultraschall in der
Medizin), EFSUMB (European Federation of Societies for Ultrasound in Medicine and
Biology), ISURA (International Society of Ultrasound in Regional Anaesthesia).
2.1.2 Schritt 2: Verblindung und Evaluierung nach festen Kriterien
Nachdem alle 12 Nadeln untersucht worden sind, erfolgte die Verblindung in Bezug auf
den Nadeltyp. Die Videoaufnahmen wurden dann von beiden Untersuchern getrennt und unter
gleichen Untersuchungsbedingungen evaluiert (geschlossener, abgedunkelter Raum, gleicher
Bildschirm). Die Evaluierung der einzelnen Videoaufnahme erfolgte nach sechs Kriterien, die
detailliert tabellarisch aufgeführt sind (Tabelle 3).
2.1.3 Schritt 3: Auswertung
Im Anschluss an die Evaluierung erfolgte die Entblindung der Nadeltypen, die
Dateneingabe in das Programm Excel (Microsoft Corporation, Redmond, WA, USA) und
anschließend die Statistik.
2.2 Statistik
Für die Tabellenerstellung wurde Excel verwendet (Microsoft Corporation, Redmond,
WA, USA). Der Chi-Square Test wurde, wenn angebracht, mit Statistica 7.1 (StatSoft, Tulsa,
OK, USA) berechnet. Der Signifikanzlevel wurde mit einem p < 0,05 definiert.
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Tabelle 3: Definitionen der Kriterien zur Beurteilung der Sichtbarkeit von Nadel und Umgebung.
Nr. Kriterium Definition und Anmerkungen Visueller Score
(VS) 0 - 10
1 Nadelsichtbarkeit Beschreibt die Gesamtsichtbarkeit der Nadel.
Ein hoher Wert beschreibt eine auf Anhieb gut sichtbare Nadel, ein niedriger Wert eine beinahe nicht sichtbare Nadel.
2 Sichtbarkeit der Umgebung
Beschreibt die Qualität der Darstellung der Umgebung (z.B. Muskeln, Nerven und anderes Gewebe im Tiermodell). Die Umgebung hat einen ausgeprägten Einfluss auf die Nadelabbildung, was durch die unterschiedlichen Geweberesorptions- und Reflexionsraten der Ultraschallwellen bedingt ist.
Ein hoher Wert beschreibt eine exzellente Abbildung der Umgebung, ein niedriger Wert eine schlechte Darstellung.
3 Integrität der Nadeloberfläche
Beschreibt die Schärfe und Kontinuität der Nadeloberfläche.
Ein hoher Wert bedeutet, dass die Nadeloberfläche klar, scharf und kontinuierlich gesehen werden kann. Ein niedriger Wert heißt, dass der Nadelrand unscharf und nicht kontinuierlich abgebildet wird. In diesem Fall ist keine klare Grenze zwischen Nadel und Umgebung vorhanden.
4 Artefaktformation
Beschreibt das Ausmaß der Artefaktbildung. Im Allgemeinen stören Artefakte die Abbildung im Ultraschallbild, können jedoch in manchen Fällen auch zur Nadelidentifizierung herangezogen werden. Zu den Artefakten gehören unter anderem Reverberation, dorsale und laterale Schallverstärkung, Streuung oder Spiegelung. Das Artefakt “Schattenbildung” ist hier nicht eingeschlossen.
Ein niedriger Wert heißt kaum oder nur geringe Artefaktformation, ein hoher Wert ist mit einer schlechten Abbildung der Nadelumgebung assoziiert.
5 Schattenbildung
Beschreibt das Ausmaß der Schattenbildung. Obwohl die Schattenbildung auch zu den Artekfakten zählt, ist dieses Kriterium von besonderem klinischen Interesse. Insbesondere in der Langachsen-Punktionstechnik kann eine starke Schattenbildung wichtige Bereiche im Ultraschallbild dorsal der Nadel auslöschen.
Ein niedriger Wert ist gut, ein hoher Wert bedeutet eine ausgeprägte Schallschattenbildung und dorsale Extinktion (Auslöschung) im Ultraschallbild.
6
Erkennung und Unterscheidbarkeit von Nadel und Umgebung
Beschreibt die Sichtbarkeit der Nadel in Abhängigkeit von der Umgebung. Dieses Kriterium ist von starker klinischer Bedeutung: Sicherheit und Erfolg peripherer Nervenblockaden hängen von Nadel und Umgebung ab.
Ein hoher Wert bedeutet gute Unterscheidbarkeit (VS 7 sind erforderlich für gute Unterscheidung). Bei einem niedrigen Wert kann die Nadel kaum von der Umgebung abgegrenzt werden.
8
3. Ergebnisse
3.1 Untersucherunterschiede
Es bestanden keine signifikanten Unterschiede in der Evaluierung der Nadeln zwischen
den Untersuchern (Abbildung 2).
Abbildung 2: Visueller Score der sechs angewandten Kriterien unterschieden nach Untersucher (Tiermodell, Schallwinkel 45°). Jeder Balken repräsentiert die Ergebnisse aller Nadeln und aller Ultraschallsysteme. Graue Balken: Untersucher A, weiße Balken Untersucher B. Standardabweichung: schwarze, dünne Whisker plots.
3.2 Sichtbarkeit der Nadeln in Abhängigkeit vom Modell
Im Tiermodell zeigten sich substantielle Unterschiede in der Sichtbarkeit zwischen den
zwölf getesteten Nadeln: im Schallwinkel von 45° war der Visuelle Score (VS) für das
Kriterium Erkennung und Unterscheidbarkeit von Nadel und Umgebung bei allen Nadeln
niedriger (Abbildung 3).
9
Nur drei Nadeln hatten einen VS größer sieben (Pajunk Plexolong UPS, B. Braun
Stimuplex-A und Stimuplex-D mit 15° Schliff). Drei Nadeln konnten kaum erkannt und von
der Umgebung abgegrenzt werden (Pajunk Uniplex Nanoline (VS < 3), B. Braun Plexufix
(VS < 4) und Portex Prolong (VS < 2); Abbildung 3).
Abbildung 3: Visueller Score (VS) für das Kriterium Erkennung und Unterscheidbarkeit von Nadel und Umgebung aller getesteten Nadeln im Tiermodell. Unterscheidung nach Schallwinkel: graue Balken 0°, weiße Balken 45°. Ergebnisse werden als Mittelwert und Standardabweichung (schwarze, dünne Whisker plots) dargestellt. Jede Säule entspricht dem Mittelwert der Ergebnisse aller Ultraschallgeräte, beiden Untersuchern und den drei Schallortenorten (Schaft längs, Schaft und Spitze quer) . Signifikante Unterschiede sind mit einem Sternchen gekennzeichnet (p < 0,05).
Die Ergebnisse im Tiermodell stehen im Kontrast zu denen im Wasserbad. Es zeigten sich
hohe Visuelle Scores für alle Nadeln in beiden Winkeln (Abbildung 4).
10
Im Wasserbad zeigten drei Nadeln sogar höhere VS Werte bei einem Winkel von 45°
(Pajunk Plexolong UPS (VS = 7), B. Stimuplex–A (VS > 8) und Stimuplex-D (VS > 8) mit
15° Schliff; Abbildung 4).
Abbildung 4: Visueller Score (VS) für das Kriterium Erkennung und Unterscheidbarkeit von Nadel und Umgebung aller getesteten Nadeln im Wasserbadmodell. Unterscheidung nach Schallwinkel: graue Balken 0°, weiße Balken 45°. Jeder Balken repräsentiert den Mittelwert beider Untersucher, drei Ultraschallgeräten und den drei Schallorten jeder Nadel. (Standardabweichung: schwarze, dünne Whisker plots). Die Unterschiede sind nicht signifikant.
3.3 Artefaktformation und Schattenbildung der Nadeln
Um herauszufinden, ob es eine Nadel gibt, die gut sichtbar ist, aber mit keinen oder nur
wenigen negativ assoziierten Artefakten behaftet ist, untersuchten wir die 12 Nadeln auf die
zwei Kriterien Artefaktformation und Schattenbildung (Tabelle 3, Kriterium 4 und 5). Vier
Nadeln zeigten eine ausgeprägte Schattenbildung des Nadelschaftes (Pajunk Plexolong UPS
und drei Nadeln des Herstellers B. Braun: Stimulplex-A und Stimuplex-D, 15° und 30°
Schliff). Die Artefaktformation war bei diesen vier Nadeln an der Nadelspitze geringer
(Abbildung 5).
11
Sieben Nadeln zeigten eine geringe Artefaktformation (VS 4): Havel’s Chiba Type,
Pajunk Uniplex Nanoline, B. Braun Plexufix, Portex Prolong, Polymedic UPM, Vygon
Locoplex and Arrow Stimuquick. Bei fünf Nadeln war die Artefaktformation and der Spitze
ausgeprägter als gegenüber dem Nadelschaft (Havel’s Chiva Type, Pajunk Uniplex Nanoline,
B. Braun Plexufix, Vygon Locoplex und Polymedic UPS Needle). Der Score von Arrows
Stimuquick Nadel für die Artefaktformation war für die Nadelspitze und den Nadelschaft
gleich (VS = 3,8; Abbildung 5).
Abbildung 5: Visueller Score (VS) des Kriteriums Artefaktformation der zwölf getesteten Nadeln im Tiermodell. Graue Balken: longitudinaler Schall des Nadelschaftes, weiße Balken: axialer Schall der Nadelspitze. Angegeben sind Mittelwert und Standardabweichung (schwarze, dünne Whisker plots).
Nadeln mit starker Artefaktbildung waren im Tiermodell mit einer ebenso ausgeprägten
Schattenbildung assoziiert (Pajunk Plexulong UPS, B. Braun Stimuplex-A, B. Braun
Stimuplex-D (15° und 30° Schliff); Abbildung 6).
12
Umgekehrt, war eine geringe Artefaktbildung mit einer schwachen Schattenbildung
assoziiert (VS 4: Havel’s Chiba Type, Pajunk Uniplex Nanoline, B. Braun Plexufix, Portex
Prolong, Arrow Stimuquick; Abbildung 6).
Abbildung 6: Visueller Score (VS) des Kriteriums Schattenbildung. Graue Balken: longitudinaler Schall des Nadelschaftes, weiße Balken: axialer Schall der Nadelspitze. Ergebnisse sind als Mittelwerte und Standardabweichung (schwarze, dünne Whisker plots) dargestellt.
3.4 Einfluss des Testmediums (Modell)
Ganz im Gegensatz zu dem unbedeutenden Einfluss des verwendeten Ultraschallsystems,
zeigte sich, dass das Testmedium einen ausgeprägten Einfluss auf die Abbildungsqualität hat.
Wir verglichen Wasserbad und Tiermodell in Bezug auf die drei Schallebenen für die
Kriterien Nadelsichtbarkeit und Erkennung und Unterscheidbarkeit von Nadel und
Umgebung (Tabelle 3, Kriterium 1 und 6). Bei einem Schallwinkel von 45° zur Nadel, war
die Qualität der drei untersuchten Nadelaspekte im Tiermodell signifikant geringer gegenüber
der Qualität im Wasserbad (p < 0,001). Bei einem Schallwinkel von 0°, zeigten sich keine
signifikanten Unterschiede mit Ausnahme der Darstellung des Nadelschaftes in der axialen
Schallebene (p < 0,001).
13
3.5 Einfluss des Ultraschallgerätes
Wir fanden keinen signifikanten Einfluss des Ultraschallgerätes auf die Qualität bei der
Abbildung der Nadeln bezüglich aller Kriterien. Das Ultraschallsystem hatte nur einen
marginalen Effekt auf das Kriterium Integrität der Nadeloberfläche in beiden Modellen und
beiden Untersuchungswinkeln (Abbildung 7).
Abbildung 7: Visueller Score (VS) des Kriteriums Integrität der Nadeloberfläche als ein Surrogatparameter für die Abbildungsqualität des Ultraschallgerätes. Unterscheidung zwischen Wasserbad (graue Balken) und Tiermodell (weiße Balken) und den beiden Punktionswinkeln. Jeder Balken ist der Mittelwert aus den Ergebnissen beider Untersucher und allen zwölf Nadeln. Standardabweichung: schwarze, dünne Whisker plots.
14
4. Diskussion
4.1 Die ideale Punktionsnadel
Anforderungen an eine ideale Nadel zur Blockade peripherer Nerven unter Ultraschallsicht
wären: (a) exzellente Sichtbarkeit der Nadel und insbesondere der Nadelspitze, (b)
Verwendbarkeit in allen Geweben, (c) gute Sichtbarkeit unabhängig vom Punktionswinkel,
(d) keine oder nur geringe Artefaktformation, (e) geringe Schattenbildung und (f) eine sehr
gute Unterscheidbarkeit der Nadel vom umgebenden Gewebe. Eine solch ideale Nadel
existiert allerdings nicht.
4.2 Ist - Zustand von Punktionsnadeln
Eine gute Nadelsichtbarkeit ist in der Regel zu erwarten, wenn die Punktion in einem
hypoechogenem Gewebe (also schallarmer Umgebung ähnlich wie Wasser) durchgeführt
wird, oder die Nadel quer zur Schallebene eingeführt werden kann. Unsere Daten, wie auch
Ergebnisse einer anderen Arbeitsgruppe [15] zeigen, dass die Qualität der Sichtbarkeit bei
steileren Punktionswinkeln deutlich abnimmt (Abbildung 8 und Abbildung 9).
Abbildung 8: Senkrechte Schallebene zum Nadelschaft im Tiermodell (Pajunk Uniplex Nanoline – Nadel, Esaote Mylab 25, Linearschallkopf). Die Nadel ist gut sichtbar und von der Umgebung zu unterscheiden. Sie wird mit einem scharfen Rand abgebildet. Es finden sich Artefakte (Reverberationen und Schallschatten).
15
Die Qualität der Darstellung von Punktionsnadeln im Ultraschallbild hängt sowohl von der
Fähigkeit des durchführenden Arztes ab, Schallebene und Nadelführung parallel zu
koordinieren, als auch von den sonografischen Eigenschaften der Nadel selbst. Unsere
Ergebnisse zeigen, dass neben den Fragen der Blockadetechnik an sich, auch die
Eigenschaften der Punktionsnadel herangezogen werden sollten.
Abbildung 9: 45° Schallebene der gleichen Nadel wie in Abbildung 8 (Pajunk Uniplex Nanoline – Nadel, Esaote Mylab 25, Linearschallkopf). Deutliche Kantenunschärfe. Die Nadel ist nur lückenhaft sichtbar. Die Nadeloberfläche wird unscharf abgebildet.
4.3 Klinische Beispiele
4.3.1 Blockaden der oberen Extremität
Im klinischen Alltag werden zur peripheren Nervenblockade allerdings häufig
Punktionswinkel zwischen 30 und 60° benötigt. Dazu zählen zum Beispiel die regelmäßig
durchgeführten Blockaden des Plexus brachialis (ca. 1000 Blockaden pro Jahr in der Klinik
für Anaesthesiologie des Bergmannsheil Bochums). Die Punktionsrichtung kann selten in
einem Winkel, der für die Sichtbarkeit der Nadel optimal wäre (rechtwinklig zur
Ultraschallsonde), gewählt werden. Die Punktionsrichtung wird durch die anatomischen
Verhältnisse und den oder die zu blockierenden Nerven bestimmt (Blockadetiefe, individuelle
Lage der Nerven, Strukturen wie z. B. Blutgefäße, die nicht punktiert werden sollten usw.).
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Die folgenden Abbildungen zeigen Blockadetechniken, wie sie zur Zeit in der oben
genannten Klinik durchgeführt werden. Alle Patienten gaben ihr Einverständnis für eine
Fotografie. Die Blockaden wurden vom Autor dieser Dissertation durchgeführt.
Abbildung 10: Axiale Plexusblockade in Kurzachsentechnik (Punktionsrichtung ist quer zum Schallkopf) am rechten Arm. Bei diesem Vorgehen ist eine gute Sichtbarkeit bei steilen Punktionswinkeln wichtig.
Abbildung 11: Infraklavikuläre Plexusblockade am linken Arm für eine Operation am Ellenbogen. Die Nerven des Plexus brachialis werden im queren Anschnitt dargestellt. Dass heißt, der Schallkopf ist längs zum Patienten ausgerichtet. Die Punktion erfolgt wiederum quer zur Schallebene. Der Plexus brachialis ist an dieser Stelle etwa 1,5 – 3cm tief lokalisiert. Eine Blockade kann nur in einem Punktionswinkel von über 40° erfolgen.
17
4.3.2 Blockaden der unteren Extremität
Zu den häufigen Blockaden der unteren Extremität zählt die Blockade des N. ischiadicus. Er
kann an verschiedenen Stellen blockiert werden. Beispielhaft für die eine Technik mit
Punktionsrichtung der Nadel quer zum Schallkopf (und somit einer guten Sichtbarkeit) ist
folgend eine Blockade des distalen Anteils des N. ischiadicus dargestellt (Abbildung 12).
Abbildung 12: Distale N. ischiadicus Blockade rechts in Langachsentechnik mit Ultraschall (Linearschallkopf, 10Mhz). Lateraler Zugang. Der Punktionswinkel und die Schallebene sind rechtwinklig zueinander, was mit einer guten Sichtbarkeit der Nadel assoziiert ist. Eine derart günstige Konstellation von Punktionswinkel und Schallebene zueinander trifft für die häufigen Blockaden des Plexus brachialis nicht zu.
4.4 Bedeutung des Punktionswinkels zur Ultraschallebene
Die oben aufgeführten klinischen Beispiele demonstrieren die starke Bedeutung einer
guten Nadelsicht für steile Punktionswinkel. Aufgrund der eigenen Studienergebnisse sind
nach unserer Meinung folgende Nadeln für Punktionen mit einem 45° Winkel geeignet (drei
Nadeln mit dem VS 7; Kriterium 6): Pajunk UPS, B. Braun Stimuplex-A und Stimuplex-D
mit 15° Schliff. Sechs von zwölf Nadeln sind aus unserer Sicht nicht geeignet, wenn
Punktionswinkel abweichend von 0° benötigt werden (VS 5): Pajunk Uniplex Nanoline, B.
Braun Plexufix, Portex Prolong, Polymedic UPM, Vygon Locoplex und Arrow Stimuquick.
Erfolgt hingegen die Punktion senkrecht zur Schallebene, sind aus unserer Sicht nahezu alle
Nadeln geeignet (11 von 12).
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4.5 Testmodelle und Ausblick
Diese Studie war nicht darauf ausgelegt, die Ursachen unterschiedlicher Qualitäten in der
Sichtbarkeit von Punktionsnadeln im Ultraschallbild zu erklären. Der geflügelte Satz „Wo
Licht ist, ist auch Schatten“ trifft jedoch auch für Punktionsnadeln unter Ultraschallsicht zu:
Nadeln mit starken Artefakten zeigten ausgeprägte Schattenbildungen. Für die
Untersuchungen von Punktionsnadeln wurden bisher verschiedene Modelle verwendet:
(Gelatine-Blöcke, Putenbrustfleisch, feuchte Schwämme und ölige Lösungen). Ein allgemein
akzeptiertes Modell gibt es bis heute nicht (einschließlich dem unseren). Daher ist es eine
extrem schwere Aufgabe wie Nadeln getestet und optimiert werden können. Hersteller von
Punktionsnadeln für die Regionalanästhesie müssen neben den ultraschallspezifischen
Charakteristiken der Materialen, auch Testmedien und verschiedene Punktionswinkel
berücksichtigen.
4.6 Zusammenfassung
Aktuell gebräuchliche Nadeln für die Regionalanästhesie erscheinen mit unterschiedlicher
Qualität im Ultraschallbild. Keine der getesteten Nadeln war für jeden Aspekt in der
Ultraschalldarstellung optimal und nur wenige waren überhaupt für Punktionswinkeln von
45° geeignet. Weil eine gute Nadelsichtbarkeit für sichere und erfolgreiche Punktionen
unabdingbar ist, ist es aus unserer Sicht notwendig, die Sichtbarkeit der Punktionsnadeln für
die Regionalanästhesie unter Ultraschall stark zu verbessern.
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Danksagung
Ultraschallgestützte Techniken stellen eine diagnostische, technische und
wissenschaftliche Herausforderung für die Weiterentwicklung des Faches Anaesthesiologie
dar. Herrn Prof. Dr. med. M. Zenz (Ärztlicher Direktor der Klinik für Anaesthesiologie,
Intensiv-, Palliativ- und Schmerzmedizin des Berufsgenossenschaftlichen Universitäts-
klinikums Bergmannsheil) danke ich für die Überlassung des Themas und die tatkräftige
Mithilfe bei der Einführung dieser Verfahren in die Anaesthesiologie. Für die durch ihn
angeregten Diskussionen und seine motivierende Unterstützung möchte ich mich herzlichst
bedanken.
Mein besonderer Dank gilt Herrn Priv. Doz. Dr. med. T. Grau für seine aktive Beteilung an
dieser Untersuchung. Sein Wissen über den gegenwärtigen Stand vom Einsatz von Ultraschall
in der Anaesthesiologie und seine Fähigkeit zur Fokussierung auf zukünftige Entwicklungen
waren mir eine sehr große Hilfe. Die vielen Aktivitäten mit dem Medium Ultraschall, die vor,
während und nach dem klinischen Alltag stattfanden, sowie die Unterstützung durch Mittel
der International Society of Ultrasound in Regional Anaesthesia (ISURA) haben maßgeblich
zum Erfolg beigetragen.
Ich möchte mich auch bei allen nicht-ärztlichen Mitarbeitern der Klinik für
Anaesthesiologie, Intensiv-, Palliativ- und Schmerzmedizin bedanken, ohne die
experimentelle Aufbauten und wissenschaftliches Schreiben nur sehr schwer durchzuführen
gewesen wären.
Ohne Forschungsgelder und materielle Unterstützung wäre eine Untersuchung in diesem
Ausmaß nicht zustande gekommen. Mein Dank geht daher an Dr. M. Sippel, Leiter der
Forschungs- und Entwicklungsabteilung der Firma B. Braun, Melsungen, und Herrn Dr.
Riemann, ebenfalls von der Firma B. Braun, sowie Herrn Luiten der Firma Esaote und Herrn
Schwartmann der Firma Sonosite, Erlangen.
Letztlich habe ich immer eine starke Unterstützung und Zuwendung durch meine Familie
bekommen. Insbesondere meine Frau Katja hat mich bei meiner Arbeit in ideeller und
praktischer Hinsicht unterstützt und motiviert. Mein Vater, Martin Mäcken, hat mich seit
Beginn des Medizinstudiums in jeder Hinsicht unterstützt. Seine aufrichtige Anteilnahme an
meiner Freude an wissenschaftlichen Projekten war stets eine treibende Kraft für mich.
Lebenslauf Persönliche Daten:
geboren am 29.01.1969 in Wilhelmshaven Schulbildung: 1976-1980 Grundschule an der Anton-Günter-Straße, Jever 1980-0982 Orientierungsstufe am Dannhalm, Jever 1982-1989 Mariengymnasium zu Jever 05/1989 Allgemeine Hochschulreife (Abitur) Zivildienst/Berufserfahrung: 06/1989 - 07/1990 Rettungsdienst Friesland, Sanderbusch 12/1989 Ausbildung zum Rettungssanitäter 10/1990 Erlaubnis zur Führung der Berufsbezeichnung Rettungsassistent 08/1990 - 09/1991 Hauptamtliche Beschäftigung beim Rettungsdienst Friesland als
Rettungsassistent: RTW, NEF und RTH (Christoph 26) Medizinische Ausbildung:
10/1991 - 10/1998 Studium an der Medizinischen Hochschule Hannover 08/1993 Ärztliche Vorprüfung 03/1995 Erstes Staatsexamen 08/1997 Zweites Staatsexamen 11/1998 Drittes Staatsexamen 07/1999 Amerikanisches Staatsexamen USMLE Step I (Basic Science) 11/1999 Amerikanisches Staatsexamen USMLE Step II (Clinical Science) 01/2000 Clinical Skills Assessment (CSA) in Philadelphia, PA, USA 02/2000 Erhalt des amerikanischen “ECFMG-Certificate”
Tätigkeit als Arzt
08/2000 Arzt im Praktikum an der Klinik für Anaesthesiologie, Intensiv-, Palliativ- und Schmerzmedizin, Klinikdirektor: Prof. Dr. med. Zenz, Berufsgenossenschaftliches Universitätsklinikum Bergmannsheil, Bochum
02/2002 Assistenzarzt der Klinik für Anaesthesiologie, Intensiv-, Palliativ- und Schmerzmedizin des Berufsgenossenschaftlichen Universitätsklinikums Bergmannsheil
Publikationen
10/2004 Poster Präsentation auf dem Kongress der Deutschen Gesellschaft zum Studium des Schmerzes (DGSS) in Leipzig:
“Efficacy of preoperative 40mg Parecoxib in patients with spinal anesthesia undergoing lower limb surgery - a randomized placebo-controlled double-blinded trial” 04/2005 Poster Präsentation auf dem Deutschen Anästhesie Kongress (DGAI)
in München: “Verminderung der postoperativen Schmerzintensität aber Zunahme der sekundären Hyperalgesie bei präoperativer Gabe von Parecoxib”
2006 - Mäcken T, Grau T. Échographie et analgésie péridurale obstétricale
[Ultrasound for epidural anesthesia in obstetrics]. Le practicien en Anesthésie Réanimation:10(6)2006:465-471 2007 - Maecken T, Grau T. Ultrasound imaging in vascular access. Crit Care Med 2007;35:S178-85. - Buchbeitrag: Maecken T. Ultraschallgezielte Katheterblockaden in der
peripheren Regionalanästhesie. In: Grau, T. (Hrsg). Ultraschall in der Anästhesie und Intensivmedizin. Köln: Deutscher Ärzteverlag, 2007:283-92.
- Poster Präsentation auf dem Kongress der European Socienty of Regional
Anesthesie (ESRA) in Valencia, Spanien: „Ultrasound Characteristics of Needles for Regional Anesthesia“.
Lehre und Vorlesungen (Auswahl)
2004/05 Mitglied der Kommission Studentische Lehre und Simulation der Deutschen Gesellschaft für Anästhesie und Intensivmedizin (DGAI); Unterricht für Studierende der Ruhr-Universität Bochum. 2005 - Mitglied der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin (DEGUM), Sektion Anästhesiologie. 2006 - Gründungsmitglied der Gesellschaft für qualifizierte Schmerztherapie Certkom (http://www.certkom.com/) - Workshop and lecture: “US guided Vascular Acess”, ISURA Summerschool 2006, Bochum, Germany - Lecture; EUROSON 2006 “Making invasive procedures safer”,
Bologna, Italy - Workshop und Vortrag: Südwestdeutsche Anästhesietage (SAT):
“Ultraschall und invasive Prozeduren bei Intensivpatienten”, Mannheim, Deutschland
2007 - Workshop und Vortrag: „Periphere Nervenblockaden mit Ultraschall“, Universitätsklinikum Eppendorf, Hamburg, Deutschland - Workshop and lectures: 4th International Symposium
of the International Society of Ultrasound in Regional Anaesthesia (ISURA), Schwetzingen, Germany. Pactical Lectures: „Cadaver Workshop: US guided regional anesthesia“, Innsbruck, Austria
- Workshop and lecture: „Regional Nerve Blocks“, Worldcongress on
Ultrasound (WCO), Paris, France.
Reviewer des Journals Critical Care Medicine für das Gebiet Ultraschall in der Intensivmedizin
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4
ltrasound Characteristics of Needles foregional Anesthesia
im Maecken, M.D., Michael Zenz, M.D., Ph.D., and Thomas Grau, M.D., Ph.D.
Background and Objectives: Needle visibility is a crucial requirement for successful and safe ultrasound-guided peripheral nerve blocks. We performed a prospective study on the ultrasonic imaging quality of variouscommercially available needles. We tested the hypothesis that different nerve block needles would havedifferent ultrasonic appearances. Furthermore, we examined the influence of needle angle with regard to theultrasound plane, 2 types of media surrounding the needle, and the impact of 3 different ultrasound machines.
Methods: Twelve needles were prospectively tested for 3 ultrasound planes (longitudinal, axial tip, and axialshaft) at 2 different angles (0 degrees and 45 degrees). Quality of needle visibility and ultrasound scans weredescribed by using 6 criteria (visibility score range 0-10): (1) visibility of needle; (2) visibility of surroundingmedia; (3) consistency of needle surface; (4) formation of artifacts; (5) degree of shadowing; and (6) detectionand distinction of the needle from the surrounding media. Additionally, every ultrasound scan was performedin 2 media (water bath and animal model) with 3 ultrasound devices and evaluated by 2 investigators.Evaluation of the ultrasound scans was blinded with regard to needle but not to the ultrasound machine andmedia.
Results: In the animal model, visibility was good at 0 degrees (visibility score greater than 6) but wasdecreased for all needles at a 45 degree angle (criterion 6). In this setting, 2 needles were difficult to identify(score less than 3; criterion 6) and only 3 of 12 reached a score of 7 or more (criterion 6). Depiction quality forall 3 planes was significantly lower in the animal model when compared with the water bath (P � .001) and atan angle of 45 degrees when compared with 0 degrees (P � .001). There was no significant impact of theultrasound machine on image quality.
Conclusions: In a tissue-equivalent model we found significant differences among different types of needlesat a 45 degree angle. In clinical use, angles between 30 degrees and 60 degrees are required. Becausevisibility of the needle is a keystone of ultrasound-guided peripheral nerve blocks, our results suggest theneed to optimize the echogenicity of needles used for ultrasound-guided nerve blocks. Reg Anesth Pain Med2007;32:440-447.
Key Words: Ultrasound, Regional anesthesia, Needle visibility.
mdsmtnwi(q
UB
odm
P
fficacy of ultrasound-guided regional anesthe-sia depends critically on image quality of the
arget organ, the needle, and of the ultrasound (US)evices themselves. In contrast to the developmentf US machines, needle design has not yet beenqually adapted to the special needs of ultrasonicaves. This despite the fact that as early as 1990,
nterventionalists were seeking better ultrasoniceedle visibility in clinical practice.1,2 Currently lit-
le is known about ultrasonic differences of com-
From the Clinic for Anaesthesiology, Intensive Care, Palliativeare & Pain Medicine, BG University Clinics Bergmannsheil,ochum, Germany.Accepted for publication July 25, 2007.The study group has been involved in lecturing, education, and
raining that has been supported by the following companies:onosite, GE Healthcare, Esaote, B. Braun Melsungen and Pajunk.. Braun funded the expense of all tested needles as well as hard-
are for video recordings. The study group received financial andechnical support by the ISURA group (International Society of
40 Regional Anesthesia and Pain Medicine, Vol 32, No
only used needles for regional anesthesia. Weesigned this study to answer this question for single-hot regional anesthesia (RA) needles from differentanufacturers. Our objectives were (1) to charac-
erize the differences in echogencity of differenteedles; (2) to access the image quality of needlesith different ultrasound machines; (3) to exam-
ne the impact of different insertion angles, and4) media (water bath, animal model) on imageuality.
ltrasound and Regional Anesthesia) and institutional funds of theG University Clinics, Bergmannsheil, Bochum, Germany.Reprint requests: Tim Maecken, M.D., Clinic for Anaesthesi-
logy, Intensive Care, Palliative Care & Pain Medicine, Bürkle-e-la-Camp Platz 1, D-44789 Bochum, Germany. E-mail:[email protected]/[email protected]© 2007 by the American Society of Regional Anesthesia and
ain Medicine.
1098-7339/07/3205-0013$32.00/0doi:10.1016/j.rapm.2007.07.0025 (September–October), 2007: pp 440–447
M
ipuSMmSH(daaainppssa
I
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lruttfweSaog
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G rtex, K
Needles for Regional Anesthesia With US • Maecken et al. 441
ethods
Twelve needles for single-shot RA were exam-ned. Type and characteristics of these needles arerovided in Table 1. Needles were scanned using 3ltrasound systems (Logic® 500, GE Healthcare®,olingen, Germany, linear array, LA39, 11.2 MHz;yLab® 25, Esaote® Biomedica GmbH, Halberg-oos, Germany, linear array 539, 5-14 MHz; Titan®,
onoSite® GmbH, Erlangen, Germany, linear arrayST, 10 MHz). Needles were examined in 2 media
water bath and animal model) and at 2 angles (0egrees and 45 degrees). The water bath was anquarium filled with 35 liters of saline solution withneedle holder installed to fix the needle. For the
nimal model, we used a leg of pork at least 10 cmn diameter. A setsquare was used to adjust theeedle to the appropriate angle. For acoustic cou-ling between the US transducer and the leg ofork, we used standard ultrasound gel (Aqua-onic® 100, Parker Laboratories, Fairfield, New Jer-ey). All needles were primed with water in order tochieve the same examination conditions.
mage Acquisition
Needle shaft and tip were scanned axially; thehaft was also scanned longitudinally. These 3 scansere taken at every setting (water bath, animalodel, 0 degrees, 45 degrees, and with each ma-
hine). Receiver-gain and target-gain control of theltrasound machines were set to obtain the best
mage quality of the needle. Zones of focus were seto the appropriate needle depth. Scanning at the-degree angle was at a depth of 2 cm. For depictionf the needle tip (different bevels), the needle waslightly rotated until optimal visibility was obtained.
Table 1. Characteristic
Number Manufacturer* Name of Needle
1 Havel’s Chiba Type Needle2 Pajunk Uniplex Nanoline3 B. Braun Plexufix4 Portex Prolong5 Polymedic UPM6 Vygon Locoplex7 Pajunk Plexolong UPS8 B. Braun Stimuplex A9 B. Braun Stimuplex D
10 B. Braun Stimuplex D11 Polymedic Polymedic US Needle12 Arrow Stimuquick
Abbreviation: n.a., data are not available.*Manufacturer locations: Arrow, Erding, Germany; B. Braunermany; Polymedic, te me na, Carrières sur Seine, France; Po†According to original needle package of manufacturer.
ltrasound images were recorded to hard disk for p
ater analysis. Using a video switch, we were able toecord each setting (e.g., 45 degrees, water bath)sing each machine without the need to repositionhe needle. The first investigator performed all ul-rasound scanning; the second investigator per-ormed all video-sequence recording. Both operatorsere experienced in ultrasound-guided regional an-
sthesia (fully licensed in ultrasonography; Germanociety for Ultrasound in Medicine; European Feder-tion of Societies for Ultrasound in Medicine and Bi-logy; International Society for Ultrasound in Re-ional Anesthesia).After complete data acquisition of the 12 needles,
les were randomly assigned a protocol number tolind the recordings for analysis. Type of needle waslinded but not media and ultrasound machine (se-uence recording). The 2 operators assessed theideo files separately on the same computer and inhe same ambient conditions (closed room withhaded light).
eview Process
Six criteria were defined to describe the quality ofifferent aspects of every video sequence: (1) nee-le visibility; (2) visibility of the surrounding area;3) consistency of the needle surface; (4) formationf artifacts; (5) shadowing; and (6) the detectionnd distinction of the needle from the surroundingrea. Criteria were rated using a categorical visibil-ty score (VS) on a scale ranging from 0 to 10.etails and an extensive explanation of the criteriand scores are provided in Table 2. In summary,very needle was described by 2 operators, in 2edia, at 2 angles, using 3 US machines, at 3 as-
he Examined Needles
Dimensions†
iameter (Gauge) Length (mm) Bevel (Degrees)
22 152 3022 80 n.a.24 50 4519 50 3022 50 4522 50 n.a.19.5 60 n.a.22 50 3022 50 3022 50 1522 50 4521 90 n.a.
ngen, Germany; Havel’s, Cincinnati, OH; Pajunk, Geisingen,eene, NH; Vygon, Aachen, Germany.
s of t
D
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ects of the needle and assessed by 6 criteria for
ep
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442 Regional Anesthesia and Pain Medicine Vol. 32 No. 5 September–October 2007
very scan (2 � 2 � 2 � 3 � 3 � 6 � 432 dataoints).
tatistics
Excel (Microsoft Corporation, Redmond, Wash-ngton) was used for data input and table genera-ion. �2 tests were performed when appropriateith Statistica 7.1 (StatSoft, Tulsa, Oklahoma). A
ignificance level was defined as P � .05.
esults
There were no significant differences betweenhe 2 operators evaluating the needles (Fig 1). Weound substantial differences in visibility betweenhe 12 needles using the animal model: the visibilitycore for the criterion “detection and distinction ofeedle from the surrounding area” was good for alleedles at a 0-degree angle (score 6 or higher), but
ower in all tested needles at a 45-degree angle (Fig 2).nly 3 needles reached a score greater than 7 at anngle of 45 degrees (Pajunk [Geisingen, Germany]lexolong UPS, B. Braun [Melsungen, Germany]
Table 2. Visibility Sc
Number Criteria Definitions of C
1 Visibility of the needle Describes the overall quneedle alone.
2 Visibility of thesurrounding media
Describes the quality ofthe test media (e.g., mtissue in the animal mmedia has an enormodepiction due to differe
3 Consistency of theneedle surface
Describes the sharpnessultrasonic depiction of
4 Artifact formation Describes the amount anformation. Possible arreverberation, and muis excluded.
5 Degree of shadowing Describes the amount anNote: although “shadocriterion is of special cin the longitudinal viewextinguish important atherefore decrease theprocess.
6 Detection and distinctionof the needle from thesurrounding media
Describes the overall deinside the model. Thisclinical relevance: sucultrasound-guided pungood visibility of the nesurrounding area.
NOTE. Visibility score definitions of the criteria to qualify diffepplied to every ultrasound sequence.
timuplex A and Stimuplex D with 15-degree bevel). n
t a 45-degree angle, detection and distinction of theeedle from the surrounding was very difficult in 3eedles (Pajunk Uniplex Nanoline: VS less than 3;. Braun Plexufix: VS less than 4; and PortexKeene, NH] Prolong: VS less than 2).
The results of this score between the 2 angles weren contrast to the results in the water bath. Visibilitycores were good for both angles for all needles (VS 6r greater, Fig 3). Within the water bath, 3 needlesisplayed an even higher visibility score at a 45-de-ree angle (Pajunk Plexolong UPS: VS 7; B. Brauntimuplex A: VS greater than 8; Stimuplex D with5-degree bevel: VS greater than 8).To answer the question of whether there is a needleith good visibility and no or fewer negative-associ-
ted artifacts, we examined the 12 needles using theriteria “formation of artifacts” and “degree of shad-wing” (Table 2, numbers 4, 5). Four needles dis-layed strong artifact formation in the longitudinaliew of the shaft (Pajunk Plexolong UPS, and 3 B.raun needles: Stimuplex A and the 2 needles of thetimuplex D series). Artifact formation for those 4eedles was lower in the axial view of the tip of the
efinitions of Criteria
and Notes Visibility Score (Range 0 to 10)
the depiction of the A high value describes a highly visibleneedle. A low value describes analmost invisible needle.
rounding area of, nerves, or otherhe surrounding
act on needleasonic impedances.
A high value expresses a goodvisibility of the vicinity of the needle.A low value describes a very poordepiction.
tegrity of theedle surface.
A high value means a clear, sharp,and continuous depiction of the rimof the needle. A low value isassociated with an interrupted ordiffuse (blurred) depiction of theneedle surface. In this case therewould be no clear border betweenmedia and needle in the image.
ree of artifactre scattering,
choes. “Shadowing”
A low value is rated as good. A highvalue is associated with markeddecreased depiction of the vicinity.
ree of shadows.s an artifact, thisinterest: especiallywing canof the scan andof the puncture
A low value is rated as good (goodvisibility dorsal of the needle). A highscore describes a pronouncedextinction dorsal of the needle.
of the needlen is of special
nd safety of therocess relies onND the
A high value means good visibility.Scores of 7 or higher are regardedas acceptable. A low valuecharacterizes a needle which is veryhard to see and to distinguish fromthe surrounding media.
spects of the needle and the ultrasound scan. All criteria were
ore D
riteria
ality of
the suruscles
odel). Tus impnt ultrand in
the ne
d degtifacts altiple e
d degwing” ilinicalshado
spectssafety
pictioncriterio
cess acture pedle A
eedle (Fig 4). Seven needles displayed low artifact
f(OPrmSaHBNent
isAdalBq
s
stf2tWmfalmfti
D
gitdfg
Fdc stand
Needles for Regional Anesthesia With US • Maecken et al. 443
ormation in the longitudinal and the axial viewscore approximately 4 or lower): Havel’s (Cincinnati,H) Chiba type, Pajunk Uniplex Nanoline, B. Braunlexufix, Portex Prolong, Polymedic (te me na, Car-ières sur Seine, France) UPM, Vygon (Aachen, Ger-any) Locoplex, and Arrow (Erding, Germany)
timuquick. Artifact formation was greater at the tips compared with the needle shaft in 5 needles:avel’s Chiba type, Panjunk Uniplex Nanoline, B.raun Plexufix, Vygon Locoplex, and Polymedic USeedle. The score of Arrow’s Stimuquick needle wasqual (VS 3.8) for artifact formation in the longitudi-al view of the shaft and the axial view of the needleip.
Needles with strong artifact formation in the an-mal model were associated with a high shadowingcore (Pajunk Plexolong UPS, B. Braun Stimuplex, B. Braun Stimuplex D [both 15-degree and 30-egree bevel]; Fig 5). Low artifact formation wasssociated with a low shadowing score (VS of 4 oress: Havel’s Chiba type, Pajunk Uniplex Nanoline,. Braun Plexufix, Portex Prolong, Arrow Stimu-uick; Fig 5).We found no significant impact of the ultrasound
ig 1. Visibility score (VS) of all 6 criteria differentiated byegrees). Each column represents data points of all needlesolumns: investigator B. Results are presented as mean and
ystem on the visibility scores for all criteria. The US r
ystem had marginal effect on image depiction forhe single criterion “consistency of the needle sur-ace” (Table 2, criterion 3), using either media at theangles (�2 test, nonsignificant; Fig 6). In contrast,
he test media had a large impact on image quality.e compared the water bath versus the animalodel with regard to the image quality of the dif-
erent needle scans (criteria 1 and 6, Table 2). At anngle of 45 degrees, image quality was significantlyower for all 3 parts of the needle in the animal
odel (P � .001). At 0 degrees, no significant dif-erences in imaging quality were found betweenhe 2 models with the exception of the needle shaftn the axial view (P � .001).
iscussion
Requirements for the ideal needle for ultrasound-uided RA would include: (1) good needle visibility—n particular its tip; (2) suitability for all kinds ofissue; (3) good visualization at all angles; (4) sharpepiction of the rim of the needle; (5) low artifactormation; (6) no shadowing; and (7) extremelyood detection and differentiation from the sur-
investigators (within the animal model at an angle of 45ll ultrasound systems. Gray columns: investigator A; whiteard deviation (bars). Differences are nonsignificant.
the 2and a
ounding area. Such an ideal needle does not exist.
FtrS
Fwss
444 Regional Anesthesia and Pain Medicine Vol. 32 No. 5 September–October 2007
ig 2. Visibility score (VS) of the criterion detection and distinction of the needle from the surrounding of all tested needles withinhe animal model. Differentiation of the 2 angles: gray columns, 0 degrees and white columns, 45 degrees. Each columnepresents data points of 2 investigators and 3 ultrasound machines. Results are given as mean and standard deviation (bars).
ignificant differences are marked with an asterisk (P � .05). Manufacturer information for each product is given in Table 1.ig 3. Visibility score (VS) of the criterion detection and distinction from the surrounding media of 12 tested needles within theater bath model differentiated between 2 angles. Each column represents data points of 2 investigators and 3 ultrasound
ystems. Gray columns: evaluation at 0 degrees; white columns: evaluation at 45 degrees. Results are given as mean and
tandard deviation (bars). Differences are nonsignificant. Manufacturer information for each product is given in Table 1.
Fta
FGd
Needles for Regional Anesthesia With US • Maecken et al. 445
ig 4. Visibility score (VS) of the criterion artifact formation of the tested needles of 2 different aspects of the needle withinhe animal model. Gray columns: longitudinal scan of the shaft; white columns: axial view of the tip. Results are given
s mean and standard deviation (bars). Manufacturer information for each product is given in Table 1.ig 5. Visibility score (VS) of the criterion degree of shadowing of 2 scan aspects of the needle within the animal model.ray columns: longitudinal scan of the shaft, white columns: axial view of the tip. Results are given as mean and standard
eviation (bars). Manufacturer information for each product is given in Table 1.
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446 Regional Anesthesia and Pain Medicine Vol. 32 No. 5 September–October 2007
owever, good needle depiction is usually expectedn hypoechogenic tissue (similar to water) or whenhe ultrasound plane is perpendicular to the needle.ur data and data from other groups show thateedle visibility is reduced at steeper insertionngles.3 Unfortunately, not every target can beeached with optimal ultrasonic depiction of theeedle and there is general complaint about de-reased needle visibility with ultrasound at smallsteep) angles.4-6
Because needle visibility (in particular its tip) isighly dependent on the physician’s ability to co-rdinate the ultrasound plane and needle positionn parallel, physicians should additionally considerhe ultrasonic characteristics of different needles foregional anesthesia for specific procedures. In ourpinion, of special interest for clinical use is the crite-ion “difference and detection of the needle from theurrounding area.” Recommendations for specificeedles are based on these criteria and are as follows.hoice of needles (best 3): Of the tested needles only 3 (inur opinion) are acceptable for US-guided RA (VS ofor higher) when puncture angles other than 0 de-
rees are necessary: Pajunk Plexolong UPS, B. Brauntimuplex A and B, Braun Stimuplex D with 15-egree bevel. Because needle visibility and the abilityo differentiate needle from tissue is crucial for safend successful US-guided RA, we suggest that 6 nee-les are not suitable for puncture procedures at anngle of 45 degrees (VS of 5 or lower): Pajunk Uniplex
ig 6. Visibility score (VS) of the criterion consistency of thepiction of the ultrasound system. Differentiation betwolumns), and 2 angles. Each column represents data poean and standard deviation (bars). Ultrasound systems:saote® Biomedica GmbH, Halbergmoos, Germany; Titan
anoline, B. Braun Plexufix, Portex Prolong, Poly- p
edic UPM, Vygon Locoplex, and Arrow Stimuquick.owever, when performing RA with an US planeerpendicular to the needle 11 of 12 needles wereufficient for ultrasonic depiction.
This study was not designed to answer the ques-ion of why needles of different manufacturers havedifferent ultrasonic appearance. However, the dic-
um “every light has its shadow” becomes true foreedles with strong artifact formation, becausehese were associated with a high degree of shad-wing. Many phantoms have been used (gelatine,urkey breast, wet sponge, liquids, etc.) to address theequirements of needle testing and there are severalechniques to quantify and qualify needle visibilityincluding ours). A universally accepted model andechnique does not exist. Visibility in the water bathas superior, where overall needle visibility and de-
ection and distinction from the surrounding mediaas significantly reduced in a model mimicking hu-an tissue. We, like other authors,7 feel that the
nterpretation of US scans of needles in a water bathrovides limited clinical information. So, the questionf how needles can be optimized is a challenging one:anufacturers will have to consider test media and
ifferent insertion angles in addition to special char-cteristics of the needles’ materials.In summary, needles for RA have different ultra-
onic appearances. None of the tested needles wasptimal for every aspect of ultrasonic depiction andnly a few needles were acceptable for puncture
le surface as a surrogate parameter for the quality of theater bath model (gray columns), animal model (whitethe 2 investigators and all needles. Results are given as500, GE Healthcare®, Solingen, Germany; MyLab® 25,
noSite® GmbH, Erlangen, Germany.
e needeen wints ofLogic®
rocedures at an angle of 45 degrees. Because good
numu
1
2
3
4
5
6
7
Needles for Regional Anesthesia With US • Maecken et al. 447
eedle visibility is such a crucial component for safeltrasonic procedures, the authors strongly recom-end manufacturers improve their needles for usender ultrasound guidance.
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