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Mitralklappenchirurgie

Diese Projekt ist eine Kooperation zwischen:

Prof. Lee Waite

Rose-Hulman Institute of Technology, Terre Haute, Indiana, USA

Rechnermodellierte Erfolgsbeurteilung der Mitralklappenchirurgie

Im Rahmen des ehemaligen SFB414 wurde ein mathematisches sog. „lumped parameter“ Modell der Ventrikelfüllung entwickelt und in Tierversuchen validiert. Das Modell beschreibt die Fluss- und Druckbeziehungen zwischen dem linken Vorhof und dem linken Ventrikel während der frühen Ventrikelfüllung vom Zeitpunkt gleicher Drücke in Vorhof und Ventrikel (Mitralklappenöffnung) bis zur einsetzenden Vorhofkontraktion. Das Modell besteht aus einem System vier nicht linearer Differentialgleichungen ersten Grades, die mit Hilfe des Softwareprogramms MATLAB 5.3.0. gelöst wurden. Die ersten drei Differentialgleichungen beschreiben Druckabfall bzw. Druckdifferenz zwischen Vorhof und Ventrikel sowie atriale und ventrikuläre Compliance und enthalten Variablen wie Blutdichte und Variablen zur Beschreibung der physikalischen Eigenschaften der Mitralklappe. Die vierte Gleichung modelliert den transmitralen Fluss und die Mitralklappenöffnungsfläche über die Zeit. Das Modell ermöglicht die Simulation von kompletten Druck- und Volumenverläufen im Vorhof und Ventrikel während der Diastole und die Beschreibung der atrio-ventrikulären Kopplung aufgrund minimaler Datensätze (z.B. eine einzige Vorhofdruckkurve).

Im vorliegenden Forschungsvorhaben soll das bereits bestehende Modell mit menschlichen Daten konditioniert und unter klinischen Bedingungen validiert werden. Im Rahmen herzchirurgischer Operationen werden mittels Conductance-Druck-Katheters atriale und ventrikuläre Volumen und Druckverläufe vor und nach dem Eingriff registriert und damit das Modell für die klinische Anwendung adaptiert. Danach sollen die kompletten hämodynamischen Veränderungen (z.B. Klappenöffnungsfläche über die Zeit, transmitraler Fluss usw.) während der Diastole anhand der routinemässig erhobenen Herzkatheterdaten simuliert werden. Aufgrund dieser Simulationen sollen die hämodynamischen Auswirkungen eines chirurgischen Eingriffs (Mitralklappenrekonstruktion, Mitralklappenersatz mit unterschiedlichen Prothesen) vorausgesagt bzw. nach dem Eingriff die Erfolgsbeurteilung durchgeführt werden. Weiteres Ziel ist der Einsatz des Modells bei der Entwicklung neuer (z.B. „tissue engineering“) Herzklappen.