Ein Beitrag zur Modellbildung und Simulation Ballondilatation von Atemwegstenosen

Autor(en): Venhaus, Martin Ilmenau, 10. Januar 2007 Seiten: 144 Auflage: 1 Sprache: DE ISBN-10: 3867271143 ISBN-13: 9783867271141 Zugeordnete Fachbereiche: Ingenieurwissenschaften Kategorie: Dissertation Bezugsmöglichkeiten Print Version 23,00 € 21,85 € In den Warenkorb eBook (2790.7 kB) 23,00 € In den Warenkorb

Kurzbeschreibung

Diese Dissertation befasst sich mit den mechanischen Vorgängen während der Ballondilatation von Atemwegstenosen.
Die betrachteten Stenosen vom Typ „narbige Striktur“ werden im klinischen Alltag üblicherweise mit dem Instrument Dilatationsballon manuell gedehnt. Falls notwendig, erfolgt eine anschließende Stentimplantation. Die Auswahl des Stents, inklusive seiner Kennlinie, erfolgt gefühlsmäßig oder nach persönlichen Erfahrungen und Präferenzen. Zur Erlangung eines optimalen Behandlungsresultates ist jedoch eine Anpassung an das Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Stenose notwendig. Dieses Verhalten wird während der manuell durchgeführten Ballondilatation nicht ermittelt.
Das Ziel ist es, die Zusammenhänge zwischen dem während der Dilatation gemessenen Druck-Volumen-Verlauf und dem Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Stenose experimentell und theoretisch auf Basis von Modellen zu bestimmen. Dabei wird die Besonderheit berücksichtigt, dass bei der Dehnung der narbigen Striktur der Dilatationsballon durch die Stenose nur teilweise eingeengt wird; er ragt an beiden Enden über den stenosierten Bereich hinaus.
Es werden experimentelle Untersuchungen an Modellstenosen unterschiedlicher Dehnbarkeit und Länge durchgeführt. Wie erwartet, führen härtere Stenosen zu einem steileren Kurvenanstieg während der Dilatationsphase. Demgegenüber zeigt der Vergleich zwischen Stenosen gleicher Dehnbarkeit, aber unterschiedlicher Länge eine zunächst unerwartet größere Dehnung der kürzeren Stenose bei gleicher Druckzunahme. Ursache ist, dass die Randbereiche der Stenosen einen zeitlichen Dehnungsvorsprung gegenüber den weiter innen liegenden Bereichen erfahren. Für dieses, bei kürzeren Stenosen ausgeprägtere, Verhalten wird der Begriff „Effekt der Randdehnung“ eingeführt.
Die Modellbildung des Dilatationsvorganges basiert zum einen auf Gleichgewichtsbetrachtungen am freigeschnittenen Ballon und zum anderen (als Vergleich) auf dem Prinzip des Minimums der totalen potentiellen Energie. Das System Ballon / Stenose wird in drei Teilbereiche, für die unterschiedliche Bedingungen gelten, aufgeteilt. Die betrachteten Bereiche sind: 1. der proximale- und distale Ballonbereich außerhalb der Stenose; 2. der Bereich, in dem Ballon und Stenose in Kontakt treten; 3. der Übergangsbereich zwischen 1 und 2.
Numerische Simulationen der Ballondilatation bestätigen die aus den experimentellen Untersuchungen und theoretischen Betrachtungen gewonnenen Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen Druck-Volumen-Verlauf der Dilatation und Spannungs-Dehnungs-Verhalten der Stenose.

Description

This thesis investigates the mechanics of balloon dilatation in the treatment of bronchotracheal stenosis.
The „scar stricture“-type stenoses examined in this thesis are typically dilated manually, using a dilatation balloon. If indicated, this is followed by stent implantation. The selection of the stent with proper characteristics is done empirically, based on personal experience and preference. In order to optimize the therapeutic outcome, however, it is necessary to match the stent with the stress-strain properties of the stenosis, which are not determined during manual balloon dilatation.
The objective is to utilize models to experimentally and theoretically establish the correlation between the pressure / volume curve measured during the dilatation and the stress-strain properties of the stenosis, taking into account that during dilatation of scar strictures the balloon is only partially compressed, as it extends beyond both ends of the stenosis.
Experiments are carried out using stenosis models with various extensibilities and lengths. As expected, more hardened stenoses resulted in steeper pressure / volume curves during the dilatation. On the other hand, the comparison between stenoses of equal extensibilities, but different length, showed an initially unexpected larger distension of the shorter stenoses, at equal pressure increases. This is caused by the fact that the margins of the stenosis are allowed more time to distend, compared to the central areas of the stenosis. The term “Effect of Margin Expansion” was introduced to describe this behavior.
The modeling of the dilatation process is based on the equilibrium conditions of cut-free balloon portions and the principal of the minimal total potential energy. The balloon / stenosis system is divided into three areas with different characteristics: (1) the proximal and distal area of the balloon outside the stenosis; (2) the area of contact between the balloon and the stenosis; and (3) the transition area between (1) and (2).
Numeric simulations of the balloon dilatation confirm the conclusions from the experimental results and the theoretical considerations regarding the correlation between the pressure/volume curve of the dilatation and the stress-strain properties of the stenosis.