Untersuchung der dynamischen Systemcompliance für die Therapie des Normaldruckhydrocephalus

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Leonhardt; Professor Dr.-Ing. Klaus Radermacher
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274362184

Normaldruckhydrocephalus (NPH) beschreibt eine krankhafte Erweiterung der inneren Liquorräume ohne einhergehende Druckerhöhung, welche in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen hat. Die Pathophysiologie ist nicht vollständig geklärt, jedoch ist bekannt, dass reduzierte kraniospinale Compliance eine wichtige Rolle bei der Entstehung spielt. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es insbesondere den Einfluss der bisher wenig untersuchten veränderten dynamischen Compliance im Zusammenhang mit NPH zu untersuchen und dies als Basis für neue Diagnose- und Therapiemöglichkeiten zu nutzen. Hierbei steht zunächst die Modellierung von in der Literatur bisher nicht untersuchten Parametern im Vordergrund.Da bestehende Modelle die dynamische Compliance nur unzureichend abbilden können sowie die Resorption von Liquor cerebrospinalis und die Entstehung von Pulswellen stark vereinfachen, wird die Dynamik des gesamten Systems verfälscht. Vor diesem Hintergrund soll ein neues Modell erstellt werden, welches das kraniospinale System mit einer morphologisch und funktionell begründeten dynamischen Compliance abbildet. Über eine FE-Modellierung soll die Kopplung der Pulswelle über große kraniale Arterien - basierend auf dem strukturmechanischen Verhalten der verschiedenen Bindegewebsschichten der Arterienwände - einbezogen und der Einfluss alterungsbedingter Veränderungen von bindegewebigen Strukturen simulativ untersucht werden. Parameteruntersuchungen sollen Aufschluss über den Einfluss verschiedener Faktoren auf die dynamische Compliance, auf gewebeschädigende dynamische Beanspruchungen des Parenchyms und somit auf die Entstehung von NPH geben. Durch die gewonnenen Erkenntnisse soll ein bestehendes echtzeitfähiges Modell mit konzentrierten Parametern des kraniospinalen Raums inklusive Autoregulation und dynamischer spinaler Compliance adaptiert werden. Insbesondere sollen hierbei altersbedingt bzw. pathologisch veränderte Abflusswiderstände an den spinalen Resorptionsorten sowie weitere Effekte hervorgerufen durch eine altersbedingte Verkürzung der Wirbelsäule Berücksichtigung finden. Auf Basis einer entsprechend erweiterten Modellierung soll eine künstliche Compliance sowie ein Bioimpedanzmesskatheter mit dem Ziel einer optimierten Therapie entwickelt werden. Das echtzeitfähige Modell dient dabei der Auslegung der Zusatzcompliance, das neu entwickelte FE-Modell zur Konfigurierung des Bioimpedanzkatheters. Mithilfe der Bioimpedanzmessung soll so die Änderung der Ventrikelweite gemessen und Rückschlüsse auf die verfügbare Gesamtcompliance gezogen werden, welche zur Regelung eines bestehenden Drainagesystems herangezogen werden können. Ein entwicklungsbegleitend modular aufgebauter Laborprüfstand dient sowohl zur Validierung der in Simulation dargestellten bioelektrischen und biomechanischen Zusammenhänge als auch zur Erprobung der Zusatzcompliance und des Bioimpedanzkatheters.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen