Particle-Image-Velocimetry zur strömungsmechanischen Analyse des thrombogenen Potentials von Transkatheter-Aortenklappenprothesen

Abstract

Zusammenfassung Die minimalinvasive Implantation einer Transkatheter-Aortenklappenprothese (TAVR) hat sich zur Standardtherapie für Patienten mit schwerer Aortenklappenstenose und erhöhtem Operationsrisiko etabliert. Postoperative Komplikationen, wie die subklinische Klappenthrombose, rufen langfristig eine Funktionsstörung der TAVR hervor, die ohne Revisionstherapie zum Tod des Patienten führen kann. Mit der Abschätzung des Thromboserisikos von TAVR werden strömungsmechanische Mechanismen assoziiert. Die Particle Image Velocimetry (PIV) bietet ein etabliertes Messverfahren zur Bestimmung des Geschwindigkeitsfeldes einer TAVR, aus dem beispielsweise die Verweilzeit von Blut im Umfeld einer TAVR abgeleitet werden kann. Ein traversierbarer stereo-PIV Aufbau, bei dem zwei CMOS-Kameras im 45 ° Winkel zur Lichtschnittebene positioniert wurden, ermöglichte die Detektion von Tracerpartikeln in den relevanten Bereichen im Umfeld des TAVR. Mit einer geeigneten Messkammer, die in die hydraulische Nachbildung eines kardiovaskulären Kreislaufs implementiert wurde, konnte eine quasi-volumetrische Messung des physiologischen Geschwindigkeitsfeldes durchgeführt werden. Dafür wurde anhand radiologischer Daten eine realistische Implantationsumgebung rekonstruiert. Mit einem Blutersatzfluid (NaCl-Glycerin-Gemisch) wurde die normativ (ISO 5840:2021) geforderte kinematische Viskosität von ν = 3,5 cSt realisiert. Phasengetriggerte Aufnahmen ermöglichten die Messung zu definierten Zeitpunkten im kardiologischen Zyklus. Insgesamt ist es gelungen die komplexe Strömungstopologie mit dem dargestellten Messaufbau in allen relevanten Bereichen zu erfassen und damit zukünftig das Thromboserisiko abschätzen zu können.