In Vitro Kavitationsuntersuchungen an Mechanischen Herzklappenprothesen

Die Kavitation an Herzklappen stellt mit ihrem hohen Schadigungspotential nach wie vor eine zu losende Aufgabe dar. In der vorgelegten Arbeit wurden - in Fortfuhrung der Studien von Graf et al. zahlreiche Untersuchungen der Kavitation, insbes. der "`harten"' Dampfkavitation, an mechanischen Herzklappenprothesen durchgefuhrt mit dem Ziel der Beschreibung der Kavitation selbst und der Einstufung der verschiedenen Herzklappen bezuglich deren Kavitationsneigung. Zur Einstufung der Kavitationsneigung von mechanischen Herzklappen in Anlehnung an die Vorschriften und Verfahren der amerikanischen Gesundheitsbehorde (FDA) mittels geeigneter Messverfahren sind zahlreiche Messreihen an verschiedenen Herzklappen durchgefuhrt worden. Es wurde ausserdem ein Modell entwickelt zur Bestimmung der zeitabhangigen physikalischen Eigenschaften (Grosse, Druck, Temperatur) von Kavitationsblasen. Fur die Einstufung der Kavitationsneigung der Herzklappenprothesen wurde ein pulsatiler und hydraulisch aktivierter Kreislaufsimulator, der physiologische Einstellungen in einem weiten Bereich erlaubt, verwendet. Neben der Messungen der hamodynamischen Grossen und der Erfassung der Kavitationsblasen mit einer CCD-Kamera in Kombination mit einer Lichtblitz-Einheit, wurde die Schliessgeschwindigkeit der Klappensegel anhand eines Lichtschrankenverfahrens und eines Laserstrahlverfahrens gemessen. Daruber hinaus wurden zahlreiche zeitlich hochauflosende Druckmessungen, insbesondere die fur die Initiierung der Kavitation notwendige Druckabsenkung gemessen. Diese Druckmessungen wurden bei verschiedenen Belastungseinstellungen uber dem Umfang der Herzklappen erweitert (kreisformige Druckmessungen), um Aufschlusse uber kritische Stellen der einzelnen Herzklappen zu ermitteln. Fur die Untersuchungen der Blasendynamik wurde ein zweiter pulsatiler und elektro-magnetisch aktivierter Kreislaufsimulator konzipiert und aufgebaut. Dieser Kreislaufsimulator ermoglicht verschiedenste Parameterstudien durchzufuhren. Es wurden dabei eine Reihe von Parametern untersucht und deren Einfluss auf die Kavitation bestimmt. Dazu wurden diese Parameter in drei Gruppen unterteilt: fluidabhangige Parameter, belastungsabhangige Parameter und klappenspezifische Parameter. Fur die fluidabhangigen Parameter wurde der Einfluss der Dichte, der Viskositat und der Temperatur des Fluids (Wasser) auf die Kavitation in vitro bestimmt. In Bezug auf die belastungsabhangigen Parameter konnte eine klappenunabhangige kritische Schwelle der Druckabsenkung (lokale Atriumdruckabsenkung) bei Schwelle der Kavitation fur alle verwendeten Herzklappen bestimmt werden. Weiterhin konnte auch eine klappenabhangige Korrelation zwischen dieser kritischen Druckabsenkung und der linksventrikularen Druckanstiegsgeschwindigkeit hergeleitet werden. Schliesslich konnten auch klappenspezifische Parameter aufgezeigt werden, mit denen Aussagen uber die Kavitationsneigung einer Herzklappe getroffen werden konnen. Die Kombination all dieser Parameter ermoglicht damit die Validierung der Herzklappe in Bezug auf deren Kavitationsneigung. Zusatzlich wurde mittels einer digitalen Hochgeschwindigkeitsvideokamera (bis zu 40500 Bildern/Sekunde) zahlreiche Kavitationsereignisse an allen verwendeten Herzklappen unter verschiedensten Bedingungen erfasst und ausgewertet. Anhand dieser Ergebnisse konnte die Kavitationsblasendynamik untersucht werden und erlaubten Aussagen uber die zeitabhangigen Kavitationsblasengrossen zu treffen. Mit Einfuhrung eines geeigneten Modells und idealisierter thermodynamischer Prozesse konnten somit Ruckschlusse auf die physikalischen Grossen der Kavitationsblasen gezogen werden. Insbesondere konnten die beim Blasenkollaps erreichten hohen Drucke und Temperaturen ermittelt werden. Im Hinblick auf die Detektierung von Kavitationsblasen in vivo wurden weitere Erfassungsmethoden der Kavitationsblasen (Warmebildtechnik, Restlichtverstarkung) auf deren Eignung in vitro untersucht. Jedoch zeigte sich, dass die Visualisierung der Kavitationsblasen mit der Hochgeschwindigkeitstechnologie nach wie vor die geeignetste Detektierungsmoglichkeit darstellt.