Signalverarbeitung und Modellierung zur objektiven Bestimmung der vom Harnröhren- Schließmuskel ausgeübten Kraft zur Beurteilung des Regenerationsstatus.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des TP5 der KFO273 wurde das Verfahren der HD-UDP entwickelt. Ziel des Teilprojekts war es, Urethradruckdaten in hoher örtlicher Auflösung zu erfassen und Informationen in Bereichen, welche nicht von den Drucksensoren erfasst wurden, zu rekonstruieren. Darüber hinaus sollten Messdaten um artifizielle Einflüsse bereinigt und die entwickelten Methoden durch Versuche an weiblichen Minipigs evaluiert werden. In der HD-UDP werden Druckdaten innerhalb der Harnröhre mit bislang unerreichter räumlicher Auflösung erfasst und können durch die Integration eines Beschleunigungssensors im Katheter erstmals räumlich zugeordnet werden. Die aufgenommenen Daten des HD-UDP Systems werden in drei wesentlichen Schritten verarbeitet. Im ersten Schritt werden zeitkorrelierte Artefakte aus den Messdaten eliminiert und stören die Interpretation der Daten. Es wurden zwei Verfahren, welche Informationen über Frequenzband und Korrelation der Artefakte berücksichtigen, implementiert. Diese erweisen sich als wirkungsvoll zur Artefakteliminierung und erhalten gleichzeitig feine Details im Nutzsignal. Im zweiten Schritt wird die Druckverteilung auf der Innenseite der Harnröhre rekonstruiert. Dazu werden die Druckdaten auf der Innenseite räumlich zugeordnet und mittels Downsampling ein spezielles Abtastgitter erzeugt, welches die Aufteilung des zweidimensionalen Rekonstruktionsproblems in zwei sequenzielle, eindimensionale Schritte zulässt. Dieses Verfahren ermöglicht außerdem die Stabilitätsanalyse der Signalrekonstruktion in Abhängigkeit der Katheterrotation während der Messung. So kann darauf geachtet werden, ungünstige Rotationsgeschwindigkeiten während der Messung zu vermeiden. Andererseits kann gezeigt werden, dass sich das räumliche Auflösungsvermögen der Messung durch gezielte Katheterrotation steigern lässt. Diese Informationen lassen sich nutzen, um die Sensorkonfiguration des Katheters zu optimieren. Der Verschlussdruck wird außerhalb der Harnröhre durch den Sphinkterkomplex auf diese ausgeübt. Diese Druckverteilung wird bei der Transmission durch das elastische Harnröhrengewebe auf den Katheter verändert. Daher wird im dritten Schritt die Druckverteilung innerhalb des Gewebes um die Harnröhre mittels Deconvolution rekonstruiert. Das Harnröhrenmodell wird dabei durch eine Point-Spread-Function dargestellt. Da sich diese nicht direkt messen lässt, wird sie für einen bestimmten Parameterraum durch FE-Simulationen bestimmt und anschließend simulativ verifiziert. Die Analyse der PSF erlaubt außerdem Aussagen über das Frequenzband des Drucksignals, das durch eine bestimmte Gewebeschicht übertragen werden kann. Dies ist bei der Vorverarbeitung der gemessenen Druckdaten von Bedeutung. Durch statistische Auswertung von Versuchsdaten weiblicher Minipigs konnte gezeigt werden, dass das HD-UDP System (im Vergleich mit einem modernen luftgefüllten Ballonkatheter) plausible und reproduzierbare Daten liefert. Die dadurch generierten Druckbilder sind wesentlich detaillierter und intuitiver zu interpretieren als herkömmliche UDPs und können damit einen Beitrag zur besseren Diagnose von Harninkontinenz leisten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Sampling Lattice and Signal Reconstruction in Urodynamics. Proceedings of the IEEE 12th International Conference on Signal Processing (ICSP); 2014
Klünder M, Sawodny O, Feuer R, Stenzl A, Sievert KD, Amend B, Vaegler M, Ederer M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/ICOSP.2014.7015302) - Towards a Treatment of Stress Urinary Incontinence: Application of Mesenchymal Stromal Cells for Regeneration of the Sphincter Muscle. J. Clin. Med. 2014; 3(1):197-215
Aicher WK, Hart ML, Stallkamp J, Klünder M, Ederer M, Sawodny O, Vaegler M, Amend B, Sievert KD, Stenzl A
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/jcm3010197) - Eliminating Pulse-Induced Artifacts in Urethral Pressure Data. Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2015 37th Annual International Conference of the IEEE, 2015 August, 2779-2783
Klünder M, Feuer R, Amend B, Kelp A, Stenzl A, Sievert KD, Sawodny O, Ederer M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/EMBC.2015.7318968) - High definition urethral pressure profilometry: Evaluating a novel microtip catheter. Neurourol Urodyn., 2015
Klünder M, Amend B, Vaegler M, Kelp A, Feuer R, Sievert KD, Stenzl A, Sawodny O, Ederer M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/nau.22835) - Using Deconvolution to Determine the Sphincter Strength Distribution Around the Urethra. Medical Measurements and Applications (MeMeA), 2015 IEEE International Symposium on, 2015 May, 6-11
Klünder M, Feuer R, Sawodny O, Ederer M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1109/MeMeA.2015.7145163)
