Kreislaufsimulation
- AME Kreislaufsimulator
Technologie
Die Arbeitsgruppe verfügt über mehrere eigenentwickelte Kreislaufsimulatoren ähnlicher Bauart. Sie bestehen im Wesentlichen aus einem hydraulischen Analogmodell des linken Kreislaufsystems. Zur Erzeugung der instationären physiologischen Druck- und Volumenverläufe werden die hydraulischen Impedanzen der auslaß- und einlaßseitig angeschlossenen Kreislaufab- schnitte durch Strömungswiderstände (15, 17) und einstellbare Windkessel (14, 16) simuliert. Das flexible Ventrikelmodell (9) aus Silikon und die starre Aortenwurzel (11) basieren auf physiologischen Geometriedaten. Die Volumenverdrängung des simulierten linken Ventrikels erfolgt durch einen elektro- hydraulischen Antrieb (18). Durch das Fluid im Kompressionsgehäuse (7, 7b) wird die Bewegung des Kolbens nach einer vorgegebenen Volumen-Zeit Funktion auf den flexiblen Ventrikel übertragen. Ein zusätzliches Luftvolumen im Kompressionsgehäuse (7a) dient als variable Ventrikelcompliance. Die computergesteuerte Volumenverdrängung erlaubt eine genaue und reproduzierbare Simulation der physiologischen Ventrikelarbeit.
- Abbildung 1: schematische Darstellung des Kreislaufsimulators
1 Reservoir
2 Drucksensor Atrium
3 Atrium
4 Atriumkammer
5 Mitralflowmeter
6 Mitralklappe
7 Kompressionskammer
a) Luft Compliance
b) Fluid
8 Drucksensor Ventrikel
9 Silikon Ventrikel
10 Aortenklappe
11 starre PMMA Aorta
12 Aortenflowmeter
13 Drucksensor Aorta
14 einstellbare Aorten-Compliance
15 charakteristischer Widerstand
16 einstellbare periphäre Compliance
17 einstellbarer Widerstand
18 electrohydraulische Antriebseinheit
Methodik
Mittels des computergesteuerten Kolbens wird das Prüfstandsfluid aus dem Silikon-Ventrikel verdrängt. Der Strömungsverlauf geht dann durch die Aortenklappe in die Aorta und anschließend durch die Aortencompliance und den charakteristischen Widerstand in die periphäre Compliance. Von dort fließt das Fluid durch den justierbaren Widerstand in das Reservoir. Nach Passieren des Atriums strömt das Fluid durch die Mirtralklappe zurück in den Ventrikel
Durch Variation von Schlagfrequenz, Amplitude des Kolbenhubs und Justierung der verschiedenen Widerstände, und Windkessel sind verschiedenste Kreislaufzustände einstellbar.
Zur Bestimmung von Druck-, Volumenverläufen werden an verschiedenen Positionen im Kreislaufsimulator Drücke und Volumenströme gemessen. Die Drücke werden im Atrium (2), im Ventrikel (8) und in der aufsteigenden Aorta (13) aufgenommen. Die Volumenströme werden mit elektromagnetischen Flowmetern gemessen. Der mitrale Flowaufnehmer (5) ist stromauf der Mitralklappe, der aortale Aufnehmer (12) vier Durchmesser stromab der Aortenklappe positioniert. Die Druck und Volumenverläufe sind in den Abbildungen 2 und 3 dargestellt.
Die Software zur Steuerung und Datenerfassung des Kreislaufsimulators ist eine an unserem Institut selbst entwickelte Software. Über eine menügeführte Oberfläche lassen sich sämtliche Parameter zur Steuerung des Prüfstandes und zur Datenerfassung einstellen. Die aufgenommenen Druck- und Flowdaten können im Programm sowohl graphisch über der Zeit als auch zeitlich gemittelt dargestellt werden. So ist eine Kontrolle der eingestellten Kreislaufzustände vor dem Speichern der erfassten Messdaten online möglich. Der Datentransfer zwischen Computer und Prüfstand erfolgt über eine AD-Wandlerkarte.
- Abbildung 2: exemplarische Druckverläufe im Kreislaufsimulator
- Abbildung 3: exemplarische Flowverläufe im Kreislaufsimulator
Der Simulator wird routinemäßig für Messungen an Herzklappenprothesen und Blutpumpen gemäß ISO, CEN und FDA-Standards eingesetzt.
