Abstract: The role of bacterial biofilms in patients with persistent CRS is of growing concern. The limited efficacy of some medical and surgical treatments for CRS illustrates the need for further progress in this area. The current treatments of chronic rhinosinusitis are concentrated on medical +/- surgical therapy. In this thesis, we consider two methods performed in chronic rhinosinusitis, endoscopic sinus surgery and long term low-dose macrolide therapy, and consider how they can affect bacterial biofilms. The effect of endoscopic sinus surgery on bacterial biofilms and the clinical impact of this condition on CRS patients may be far more profound than we can currently understand. To understand the impact of ESS on bacterial biofilms, we have performed the first prospective study to evaluate the effect of ESS on bacterial biofilms in patients with CRS and patients’ clinical outcomes after 3 months follow-up. We have shown that ESS results in a statistically significant improvement in QoL, subjective and objective outcome measures. In terms of bacterial biofilms, the mean OD630nm of isolates was significantly reduced after 3 months follow-up (p=0.043). No correlations between the reduction of bacterial biofilms with any of the objective, subjective and QoL outcomes were seen in our study. Macrolides have demonstrated their anti-inflamatory effects in the treatment of diffuse panbronchiolitis, asthma, cystis fibrosis and chronic rhinosinusitis. In recent years, there are a number of in vitro studies supporting the anti-biofilm effects of macrolide antibiotics, especially at sub-MICs level. These have shown that macrolides alter the outer membrane, lipopolysaccharide of biomass and inhibit the expression of other bacterial virulence factors which may disrupt the adherence of bacteria to form biofilms. Long term low dose macrolide therapy, therefore, may transform bacterial biofilms from the protected organized form into the plantonic form. In this thesis, we also report the first in vivo efficacy of long term low dose macrolides on bacterial biofilms in patients with CRS. Patients receiving oral macrolide showed significant improvements in subjective, objective and QoL scores following a 12 week course. Nasal swabs were taken from CRS patients at the first visit and 3 months after macrolide therapy. Using the microtiter biofilm assay, these swabs showed a reduction in the mean OD630nm of isolates in 8/12 patients. While it is well-known that bacterial biofilms are established in CRS patients, the relationship between the improvement of clinical symptoms and the severity of bacterial biofilm is less clear.

Die Dissertation beschäftigt sich mit der automatischen Erkennung chirurgischer Aktivitäten im Operationssaal, welche einen wichtigen Bestandteil im automatischen chirurgischen Assistenzprozess darstellt. Die automatische Assistenz ist eine der wichtigen Entwicklungen bei der fortschreitenden Technisierung in der Chirurgie. Es werden Anforderungen an ein Erkennungssystem definiert sowie ein entsprechendes Erkennungsmodell entworfen und untersucht. Die Evaluation bedient sich simulierter chirurgischer Eingriffe mit hoher Realitätsnähe. Die Ergebnisse zeigen eine grundlegende Eignung des Modells für die automatische Aktivitätserkennung multipler Eingriffstypen. Mögliche Weiterentwicklungen könnten die vorgestellte Lösung weiter vorantreiben.

Die Dissertation beschäftigt sich mit der automatischen Erkennung chirurgischer Aktivitäten im Operationssaal, welche einen wichtigen Bestandteil im automatischen chirurgischen Assistenzprozess darstellt. Die automatische Assistenz ist eine der wichtigen Entwicklungen bei der fortschreitenden Technisierung in der Chirurgie. Es werden Anforderungen an ein Erkennungssystem definiert sowie ein entsprechendes Erkennungsmodell entworfen und untersucht. Die Evaluation bedient sich simulierter chirurgischer Eingriffe mit hoher Realitätsnähe. Die Ergebnisse zeigen eine grundlegende Eignung des Modells für die automatische Aktivitätserkennung multipler Eingriffstypen. Mögliche Weiterentwicklungen könnten die vorgestellte Lösung weiter vorantreiben.

In dieser Arbeit wurde der Einsatz eines miniaturisierten Endoskop-Manipulator-Systems (EMS [TUM, MiMed, München]) in der endo- und transnasalen Chirurgie untersucht. In einem Modellversuch wurden an einem Nasennebenhöhlenmodell drei typische anatomische Landmarken je einmal manuell und zum Vergleich mit dem Endoskopmanipulator aufgesucht. Insgesamt wurden 240 Messwerte aufgenommen. Es wurden die benötigten Zeiten und die Genauigkeit der Endoskopposition gemessen. Grundlage des klinischen Versuchsteils war es, 31 funktionelle Nasennebenhöhleneingriffe durchzuführen. Dabei wurden die gewählten Endoskoppositionen, die Wechsel der Endoskoppositionen und die konzeptionsbedingten Unterbrechungen erfasst. Als Ausblick für eine Anwendung des EMS bei Operationen erhöhten Schwierigkeitsgrades wurde im Rahmen eines Kadaver-Versuches ein endoskopischer Zugang zur Hypophyse mit dem EMS erprobt. Es konnte weder im Laborversuch noch im klinischen Versuchsteil eine Unterlegenheit beim Einsatz des EMS bezüglich der Dauer und der Genauigkeit der assistierten Endoskopführung festgestellt werden. Die Anzahl der Positionswechsel lag durchschnittlich bei 6,4 pro Seite. Eine beidhändige Instrumentation war in allen untersuchten Fällen möglich, mit Ausnahme von Bereichen mit Hochrisikostruktu-ren (Lamina papyracea, Recessus frontalis), in welchen der Operateur aus Sicherheitsgründen auf eine manuelle Endoskopführung umstellte. Das untersuchte EMS wurde erfolgreich in den chirurgischen Workflow der endo- und transnasalen Chirurgie integriert, wobei die geringe Anzahl der Endoskoppositionswechsel eine beidhändige Instrumentation ermöglichte. Als Entwicklungspotenzial kann die Ergänzung der Joystickkonsole um eine Force-Feedback-Funktion bzw. die Möglichkeit einer rein navigiert-kontrollierten Steuerung hervorgehoben werden. Damit wird die Häufigkeit einer Unterbrechung des Workflows für die händische Steuerung über die Joystickkonsole minimiert.

Objective: 1) Systematic review on the accuracy of Chronic Rhinosinusitis (CRS) identification in administrative databases; 2) Develop an administrative data algorithm to identify CRS patients who have endoscopic sinus surgery (ESS). Methods: A chart review was performed for all ESS surgical encounters at The Ottawa Hospital from 2011-12. Cases were defined as encounters in which ESS for performed for Otolaryngologist-diagnosed CRS. An algorithm to identify patients who underwent ESS for CRS was developed using diagnostic and procedural codes within health administrative data. This algorithm was internally validated. Results: Only three studies meeting inclusion criteria were identified in the systematic review and showed inaccurate CRS identification. The final algorithm using administrative and chart review data found that encounters having at least one CRS diagnostic code and one ESS procedural code had excellent accuracy for identifying ESS: sensitivity 96.0% sensitivity, specificity 100%, and positive predictive value 95.4%. Internal validation showed similar accuracy. Conclusion: Most published AD studies examining CRS do not consider the accuracy of case identification. We identified a simple algorithm based on administrative database codes accurately identified ESS-CRS encounters.

Background Chronic rhinosinusitis is an inflammatory condition of the nose and paranasal sinuses lasting more than 12 weeks. The common treatment is intranasal corticosteroids but if this treatment fails in relieving symptoms endoscopic sinus surgery (ESS) is considered - a common procedure in the Otolaryngology department in Örebro county. ESS can be assisted by image guided navigation (IGN).In a quality ensuring purpose, this study aimed to investigate the frequency and characteristics of post-operative complications after ESS and examining possible risk factors for complications. Methods Retrospective chart review study. The post-operative complication rate after ESS was calculated. Bivariate analysis was used to find potential factors associated with post-operative complications. The variables of significance were used in multivariate analysis. Result Out of 131 patients; 52 (39.7%) had any post-operative complication. 21 had major – and 35 had minor complications. Local infection was the most common complication. IGN was associated with an increased risk of complications, both minor (OR 2.4, 95% CI 1.0-5.6) and overall (OR 2.7, 95% CI 1.3-5.8). Extensive surgery was associated with an increased risk of complications, both major (OR 2.6, 95% CI 1.0-6.9) and overall (OR 2.2, 95% CI 1.0-4.6). Male sex was associated with increased risk of major complications (OR 2.3, 95% CI 1.2-15.5). Conclusion The complication rate is comparable to other studies with similar definition of complications. IGN assistance, extensive surgery and male sex were associated with an increased risk of complications. Further research should be performed before drawing conclusions determining why they increase the risk.

In dieser Arbeit wurde der Einsatz eines miniaturisierten Endoskop-Manipulator-Systems (EMS [TUM, MiMed, München]) in der endo- und transnasalen Chirurgie untersucht. In einem Modellversuch wurden an einem Nasennebenhöhlenmodell drei typische anatomische Landmarken je einmal manuell und zum Vergleich mit dem Endoskopmanipulator aufgesucht. Insgesamt wurden 240 Messwerte aufgenommen. Es wurden die benötigten Zeiten und die Genauigkeit der Endoskopposition gemessen. Grundlage des klinischen Versuchsteils war es, 31 funktionelle Nasennebenhöhleneingriffe durchzuführen. Dabei wurden die gewählten Endoskoppositionen, die Wechsel der Endoskoppositionen und die konzeptionsbedingten Unterbrechungen erfasst. Als Ausblick für eine Anwendung des EMS bei Operationen erhöhten Schwierigkeitsgrades wurde im Rahmen eines Kadaver-Versuches ein endoskopischer Zugang zur Hypophyse mit dem EMS erprobt. Es konnte weder im Laborversuch noch im klinischen Versuchsteil eine Unterlegenheit beim Einsatz des EMS bezüglich der Dauer und der Genauigkeit der assistierten Endoskopführung festgestellt werden. Die Anzahl der Positionswechsel lag durchschnittlich bei 6,4 pro Seite. Eine beidhändige Instrumentation war in allen untersuchten Fällen möglich, mit Ausnahme von Bereichen mit Hochrisikostruktu-ren (Lamina papyracea, Recessus frontalis), in welchen der Operateur aus Sicherheitsgründen auf eine manuelle Endoskopführung umstellte. Das untersuchte EMS wurde erfolgreich in den chirurgischen Workflow der endo- und transnasalen Chirurgie integriert, wobei die geringe Anzahl der Endoskoppositionswechsel eine beidhändige Instrumentation ermöglichte. Als Entwicklungspotenzial kann die Ergänzung der Joystickkonsole um eine Force-Feedback-Funktion bzw. die Möglichkeit einer rein navigiert-kontrollierten Steuerung hervorgehoben werden. Damit wird die Häufigkeit einer Unterbrechung des Workflows für die händische Steuerung über die Joystickkonsole minimiert.

Introdução: O estudo dos fatores clínicos associados ao prognóstico da rinossinusite crônica (rsc), seja associada à polipose nasossinusal (RSCcPN) ou não (RSCsPN), ainda é pouco abordado a longo prazo. Objetivo: Avaliar pacientes submetidos à ESS (cirurgia endoscópica nasal, do inglês endoscopic sinus surgery) para o tratamento de RSC no Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo, entre 1996 e 2006, e correlacionar a recidiva em longo prazo com parâmetros como a extensão da doença, atopia, tabagismo, asma, eosinofilia e doença respiratória exacerbada pela aspirina (DREA). Métodos: Duzentos e um pacientes foram seguidos por um período médio de 12 anos. Os dados clínicos foram levantados, assim como exames de endoscopia nasal, Tomografia Computadorizada (TC), exames séricos, prick test e prova de função pulmonar. O tempo de seguimento pós-operatório foi analisado, sendo considerado fator de mau prognóstico a indicação de novo procedimento cirúrgico. Foi realizada comparação entre os fatores pela curva de Kaplan-Meyer, e pós-teste de Log-rank. Resultados e Discussão: Pacientes com RSCcPN tiveram chance de nova cirurgia três vezes maior do que aqueles sem pólipos nasais, no período seguido. Entre os pacientes com RSCsPN, apenas a asma foi um fator de pior prognóstico significativo, levando à chance de cirurgia 5,5 vezes maior do que os não-asmáticos. Já entre os pacientes com RSCcPN, aqueles com recidiva apresentaram maior extensão da doença à TC antes da primeira cirurgia. Foram ainda considerados fatores significativamente de pior prognóstico nos pacientes com RSCcPN: asma (odds ratio [OR] de 3,2); atopia a fungos (OR de 1,9); eosinofilia periférica (considerada como >500/µL, levando a OR de 1,9); e intolerância ao Ácido Acetil Salicílico (AAS) (DREA, apresentando OR de 2,5). Conclusões: Concluiu-se que a presença de pólipos per se é fator de pior prognóstico, aumentando em três vezes a chance de recorrência cirúrgica. Entre os pacientes com RSCsPN, apenas a asma influenciou o prognóstico. Já naqueles com RSCcPN, a asma, eosinofilia periférica, atopia a fungos e DREA aumentaram significativamente a probabilidade de nova intervenção cirúrgica. / Introduction: The analysis of prognostic factors associated with the recurrence of chronic rhinosinusitis (CRS), either with nasal polyps (CRSwNP) or without (CRSsNP), is still poorly discussed in the literature. Objective: To evaluate the patients that underwent endoscopic sinus surgery (ESS) due to CRS in Clinics Hospital of Ribeirão Preto Medical School, University of São Paulo, between 1996 and 2006, and to correlate the long-term recurrence to clinical factors, such as extensiveness of the disease, atopy, smoking habits, eosinophilia, and Aspirinexacerbated respiratory disease (AERD). Methods: We collected data of 201 patients, who were followed during an average period of 12 years. Clinical data collected were: extensiveness of the disease at endoscopy and at CT scans, prick test, blood exams, and pulmonary function. The follow-up period after surgery was assessed, and the indication of a new surgical procedure was considered as a poor prognostic factor. Comparison between factors was performed by Kaplan-Meyer curve, with Log-rank post-test. Results and discussion: CRSwNP patients were 3 times more likely to need a revisional surgery than CRSsNP during the follow-up period. Only asthma was a significant prognostic factor in patients with CRSsNP, leading to 5.5 times higher chance of recurrence than non-asthmatic patients. Among patients with CRSwNP, patients with recurrence presented, prior to surgery, higher CT scan extension of the disease. Other factors that influenced the prognosis on CRSwNP were: asthma (odds ratio [OR]: 3.2); atopy for fungi (OR: 1.9); peripheral eosinophilia (considered as >500/?L, leading to an OR: 1.9); and ASA intolerance (AERD; OR: 2.5). Conclusions: The presence of polyps were related to poor prognosis per se, leading to a higher chance of surgical recurrence. Among patients with CRSsNP, only asthma influenced the prognosis. Among the patients with CRSwNP, asthma, peripheral eosinophilia, fungi atopy, and AERD significantly increased the likelihood of further surgical intervention.

Introduction : La chronicité de la rhinosinusite, sa résistance aux antibiotiques, et ses exacerbations aiguës laissent croire que les biofilms sont impliqués dans la rhinosinusite chronique. Objectifs : Nous avons évalué la capacité des bactéries Pseudomonas aeruginosa, staphylocoques à coagulase négative et Staphylococcus aureus à former des biofilms par un essai in vitro, et si cette capacité de formation a un lien avec l’évolution de la maladie. Nous avons évalué in vitro l’effet de la moxifloxacine, un antibiotique utilisé dans le traitement de la rhinosinusite chronique sur des biofilms matures de Staphylococcus aureus. Méthodes : Trent et une souches bactériennes ont été isolées de 19 patients atteints de rhinosinusite chronique et qui ont subit au moins une chirurgie endoscopique des sinus. L’évolution de la maladie a été notée comme "bonne" ou "mauvaise" selon l’évaluation du clinicien. La production de biofilm a été évaluée grâce à la coloration au crystal violet. Nous avons évalué la viabilité du biofilm après traitement avec la moxifloxacine. Ces résultats ont été confirmés en microscopie confocale à balayage laser et par la coloration au LIVE/DEAD BacLight. Résultat et Conclusion : Vingt deux des 31 souches ont produit un biofilm. La production d’un biofilm plus importante chez Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus était associée à une mauvaise évolution. Ceci suggère un rôle du biofilm dans la pathogenèse de la rhinosinusite chronique. Le traitement avec la moxifloxacine, à une concentration de 1000X la concentration minimale inhibitrice réduit le nombre des bactéries viables de 2 à 2.5 log. Ces concentrations (100 µg/ml - 200 µg/ml) sont faciles à atteindre dans des solutions topiques. Les résultats de notre étude suggèrent que l’utilisation de concentrations supérieure à la concentration minimale inhibitrice sous forme topique peut ouvrir des voies de recherche sur de nouveaux traitements qui peuvent être bénéfiques pour les patients atteints de forme sévère de rhinosinusite chronique surtout après une chirurgie endoscopique des sinus. / Introduction: The role of biofilms in chronic diseases is increasingly recognized. Chronic rhinosinusitis, with its chronic indolent course, resistance to antibiotics, and acute exacerbations, has an evolution that parallels that of other biofilm-related diseases. Objectives: 1-To develop an in vitro method to assess the biofilm formation capacity. 2- To determine whether biofilm-forming capacity of bacteria demonstrated in chronic rhinosinusitis has an impact on persistence of the disease following endoscopic sinus surgery. 3- To determine the in vitro activity of moxifloxacin against Staphyylococcus aureus in biofilm form. Method: Thirty-one bacterial strains recovered from 19 patients with chronic rhinosinusitis at least one year post-endoscopic sinus surgery. Evolution of disease was assessed by questionnaire and endoscopy as favorable or unfavorable. The bacteria were cultured on a 96-well culture plaque and a semi-quantitative method using crystal violet to quantify biofilm production was used. Confirmation of the effect of the antimicrobial agents on viability was performed with confocal laser microscopy, using a LIVE/DEAD BacLight staining. Results: Twenty-two of 31 samples produced a biofilm thicker or equal to the positive control. Biofilm formation was associated with a poor evolution for Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus, but not for coagulase-negative staphylococci. Biofilm treated with moxifloxacin at 1000X (0.1mg/ml – 0.2 mg/ml) gave a 2 to 2.5 log reduction in number of viable bacteria. Conclusion: We have shown that Crystal violet method is able to detect biofilm formation. There is a correlation between in vitro biofilm production by Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus and unfavorable evolution after endoscopic sinus surgery, suggesting a role for biofilm in chronic rhinosinusitis. Increased concentrations of moxifloxacin, easily attainable in topical solutions have a potential role in the management of biofilm infections.

Introduction : La chronicité de la rhinosinusite, sa résistance aux antibiotiques, et ses exacerbations aiguës laissent croire que les biofilms sont impliqués dans la rhinosinusite chronique. Objectifs : Nous avons évalué la capacité des bactéries Pseudomonas aeruginosa, staphylocoques à coagulase négative et Staphylococcus aureus à former des biofilms par un essai in vitro, et si cette capacité de formation a un lien avec l’évolution de la maladie. Nous avons évalué in vitro l’effet de la moxifloxacine, un antibiotique utilisé dans le traitement de la rhinosinusite chronique sur des biofilms matures de Staphylococcus aureus. Méthodes : Trent et une souches bactériennes ont été isolées de 19 patients atteints de rhinosinusite chronique et qui ont subit au moins une chirurgie endoscopique des sinus. L’évolution de la maladie a été notée comme "bonne" ou "mauvaise" selon l’évaluation du clinicien. La production de biofilm a été évaluée grâce à la coloration au crystal violet. Nous avons évalué la viabilité du biofilm après traitement avec la moxifloxacine. Ces résultats ont été confirmés en microscopie confocale à balayage laser et par la coloration au LIVE/DEAD BacLight. Résultat et Conclusion : Vingt deux des 31 souches ont produit un biofilm. La production d’un biofilm plus importante chez Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus était associée à une mauvaise évolution. Ceci suggère un rôle du biofilm dans la pathogenèse de la rhinosinusite chronique. Le traitement avec la moxifloxacine, à une concentration de 1000X la concentration minimale inhibitrice réduit le nombre des bactéries viables de 2 à 2.5 log. Ces concentrations (100 µg/ml - 200 µg/ml) sont faciles à atteindre dans des solutions topiques. Les résultats de notre étude suggèrent que l’utilisation de concentrations supérieure à la concentration minimale inhibitrice sous forme topique peut ouvrir des voies de recherche sur de nouveaux traitements qui peuvent être bénéfiques pour les patients atteints de forme sévère de rhinosinusite chronique surtout après une chirurgie endoscopique des sinus. / Introduction: The role of biofilms in chronic diseases is increasingly recognized. Chronic rhinosinusitis, with its chronic indolent course, resistance to antibiotics, and acute exacerbations, has an evolution that parallels that of other biofilm-related diseases. Objectives: 1-To develop an in vitro method to assess the biofilm formation capacity. 2- To determine whether biofilm-forming capacity of bacteria demonstrated in chronic rhinosinusitis has an impact on persistence of the disease following endoscopic sinus surgery. 3- To determine the in vitro activity of moxifloxacin against Staphyylococcus aureus in biofilm form. Method: Thirty-one bacterial strains recovered from 19 patients with chronic rhinosinusitis at least one year post-endoscopic sinus surgery. Evolution of disease was assessed by questionnaire and endoscopy as favorable or unfavorable. The bacteria were cultured on a 96-well culture plaque and a semi-quantitative method using crystal violet to quantify biofilm production was used. Confirmation of the effect of the antimicrobial agents on viability was performed with confocal laser microscopy, using a LIVE/DEAD BacLight staining. Results: Twenty-two of 31 samples produced a biofilm thicker or equal to the positive control. Biofilm formation was associated with a poor evolution for Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus, but not for coagulase-negative staphylococci. Biofilm treated with moxifloxacin at 1000X (0.1mg/ml – 0.2 mg/ml) gave a 2 to 2.5 log reduction in number of viable bacteria. Conclusion: We have shown that Crystal violet method is able to detect biofilm formation. There is a correlation between in vitro biofilm production by Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus and unfavorable evolution after endoscopic sinus surgery, suggesting a role for biofilm in chronic rhinosinusitis. Increased concentrations of moxifloxacin, easily attainable in topical solutions have a potential role in the management of biofilm infections.