Forschungskolleg LUMEN

Messung der Gefäßsteifigkeit durch Stimulation

Projektziel

Multimodale Messung der arteriellen Gefäßsteifigkeit.

Beschreibung

Angesichts hoher Zahlen von Gefäßerkrankungen erlebt die Untersuchung der arteriellen Gefäßsteifigkeit mit Pulswellenanalyse eine Renaissance – zum einen als prädiktive Größe für kardiovaskuläre Ereignisse, zum anderen zur Therapieoptimierung. Sie ermöglicht die nicht-invasive Bestimmung des Aortendruckverlaufs und die Ableitung prädiktiver Parameter wie dem Augmentationsindex. Allerdings wird eine Quantifizierung erschwert, da für die inverse Rekonstruktion der Druckkurve aus dem überlagerten Signal der Puls selbst weder zeitlich noch spektral beeinflussbar ist.
Eine externe Druckstimulation durch Manschetten oder piezoelektrische Anregung soll eine Quantifizierung obiger Parameter erlauben. Es sollen mit einem kardiovaskulären Modell die Auswirkungen von Druckanregungen bezüglich des Ortes, der Signalform und ihrer Stärke abgeschätzt und optimiert werden. Hierzu wird zunächst systematisch nach geeigneten anatomischen Messorten für eine multimodale (Druck, Photoplethysmographie, Bioimpedanz, usw.) Detektierung der Pulskurve oder ihrer Derivate gesucht und experimentell verifiziert. Im Anschluss werden geeignete Aktuatorsysteme gesucht in vitro verifiziert und insbesondere bezüglich der Unbedenklichkeit für Patienten beurteilt. Transversale Wellen in Gefäßwänden können mit Doppler-Messungen analysiert werden. Neben mechanischen Modellen ist eine Simulation zu erstellen, die auf der Biophysik in Blut, Gewebe und an Grenzflächen (Gefäßwand) basiert. Optimale Impulsformen sollen identifiziert werden. Die ortsabhängige Gefäßimpedanz soll aus den gewonnenen Daten rekonstruiert werden. Danach soll die entsprechende Aktuator-Sensor-Hardware optimiert werden. Das Projekt steht im Zusammenhang mit vorhandenen Arbeiten der Partner zur Impedanztomographie und Modellierung bildgebender Verfahren.

Ergebnisse

Die Detektion der Pulswelle stellte in der ursprünglichen Projektidee neben ihrer künstlichen Anregung und Modellierung einen gleichwertigen Teilaspekt dar. Aber schon am Anfang des Projektes hat sich abgezeichnet, dass in der Pulswelle und den Methoden ihrer Ableitung ein vielversprechendes Potential für wissenschaftliche und technologische Ergebnisse liegt. Dem folgend, wurden die Detektion und die Auswertung der Pulswelle zunächst priorisiert. Das bemerkenswerte Interesse und die Anerkennung der klinischen Forscher an den dabei gewonnenen Projekterge-bnissen zeigte sich in dem an Roman Kusche im Rahmen des DeGAG Kongresses der Gesellschaft für Arterielle Gefäßsteifigkeit 2014 in Wien verliehenen Young Investigator Awards. Ein weiteres wesentliches Ergebnis dieser Fokussierung ist auch die 2015 eingereichte Patentanmeldung DE 10 2015 000 328.3 „Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Pulswellengeschwindigkeit einer Messperson“.
Trotz der bis jetzt noch recht kurzen effektiven Projektlaufzeit von ca. 2 Jahren sind doch schon die Potentiale in Richtung Forschungstransfer und wirtschaftlicher Verwertung erkennbar. Die Kooperationsanfragen namhafter industrieller Anwender wie Microsoft Research in Redmond, USA und ganz aktuell Ottobock, Duderstadt, untermauern dies eindrucksvoll.

Projektleitung

Prof. Dr. M. Ryschka
Labor für medizinische Elektronik
Fachhochschule Lübeck

Verantwortliche Wissenschaftler

M. Sc. Roman Kusche
Labor für medizinische Elektronik
Fachhochschule Lübeck