Rückert, Ralph-Ingo: Experimentelle und klinische Untersuchungen zur Optimierung der Hämodynamik in termino-lateralen Prothesenbypass-Anastomosen
H a b i l i t a t i o n s s c h r i f t
Experimentelle und klinische Untersuchungen zur Optimierung der Hämodynamik in termino-lateralen Prothesenbypass-Anastomosen

zur Erlangung der Lehrbefähigung
für das Fach

C h i r u r g i e

vorgelegt dem Fakultätsrat der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt - Universität zu Berlin

von Herrn Dr. med. Ralph-Ingo Rückert,
geboren am 09.09.1959 in Berlin

Präsident: Prof. Dr. rer. nat. J. Mlynek

Dekan: Prof. Dr. med. Dr. h. c. R. Felix

eingereicht am: 19. Februar 2001

Gutachter:
1. Prof. Dr. med. L. Sunder-Plassmann, Ulm
2. Prof. Dr. med. H. Imig, Hamburg

Abstrakt

Die subendotheliale myointimale Hyperplasie (MIH) stellt eine der Hauptursachen für die Ausbildung von Stenosen und Verschlüssen im Bereich von Anastomosen dar. Besondere Bedeutung hat die MIH in termino-lateralen Anastomosen. An der Entstehung der MIH sind hämodynamische Faktoren entscheidend beteiligt. Ausgehend von der Annahme, daß eine Veränderung der Anastomosenform die Hämodynamik beeinflussen kann, wurde in der vorliegenden Arbeit eine neue Anastomosenform, die femorocrurale Patchprothese (FCPP), entwickelt mit dem Ziel einer Optimierung der Strömungsverhältnisse im Anastomosenbereich.

In einem hydrodynamischen Kreislaufmodell wurden elastische, transparente Silikonmodelle von termino-lateralen Anastomosen mit einem blutanalogen Newtonschen Fluid (Glycerol-Wasser-Gemisch) unter Simulation der femorocruralen Druckkurve pulsatil bei Variation der Strömungsbedingungen perfundiert. Die konventionellen und klinisch erprobten Anastomosenformen (termino-laterale Anastomose, Composite Bypass, Linton Patch, Miller Collar, Taylor Patch) wurden in vitro mit der FCPP-Anastomose und zwei Modifikation dieser Anastomosenform verglichen. Die Visualisierung des Strömungsfeldes wurde mit drei verschiedenen Methoden erreicht. Bei der farboptischen Methode wurde die Verteilung und Bewegung von Farbteilchen im Anastomosenbereich nach Injektion in das strömende Fluid mittels Video aufgezeichnet. Für die Ultraschalluntersuchung mittels hochauflösender farbcodierter Dopplersonographie (FKDS) wurde das Fluid mit Sephadex-Partikeln dotiert. Sämtliche Ultraschalluntersuchungen wurden ebenfalls mittels Video aufgezeichnet. Die Dopplerspektren korrespondierender Punkte in den Randzonen der Anastomosen wurden off-line der Fast Fourier Analyse (FFT) unterzogen und diese dreidimensional dargestellt.

Die semiquantitative Analyse anhand der farboptischen Methode zeigte eine signifikante Verringerung bis Elimination MIH-assoziierter Strömungsphänomene in der FCPP-Anastomose und deren Modifikationen. Die Ausprägung der einzelnen Strömungsphänomene war abhängig von der Reynolds-Zahl und von dem Verhältnis von proximalem und distalem Stromzeitvolumen. Als Vorteil der FCPP erwies sich die Möglichkeit der Anpassung ihrer Form an die entsprechende Flußsituation durch Modifikation der Gabelform mit annähernd laminarer Strömung im gesamten Anastomosenbereich. Die FKDS bestätigte die Ergebnisse der farboptischen Methode. In der Peak-Systole und am Beginn der Diastole waren Rezirkulationszonen und Zonen niedriger Strömungsgeschwindigkeit in der FCPP am geringsten ausgeprägt oder nicht mehr nachweisbar (modifizierte FCPP). Der Vergleich der 3D-Darstellungen der FFT der Dopplerspektren zeigte niedrige Frequenzen und damit Flußgeschwindigkeiten und partiell eine Strömungsumkehr nahezu konstant in allen Anastomosenformen außer der FCPP und deren Modifikationen. In einer prospektiven Studie zum klinischen Einsatz der FCPP Anastomose wurden im Zeitraum von 6 / 1992 bis 7 / 1998 135 PTFE-Prothesenbypass-Rekonstruktionen mit distaler FCPP Anastomose bei 129 Patienten im klinischen Stadium III und IV der paVK analysiert. Die kumulativen primären und sekundären 1-, 2-, 3-, 4-, und 5-Jahres-Offenheitsraten nach Kaplan / Meier betrugen jeweils 63,0%, 44,9%, 35,7%, 33,1% und 27,6% bzw. 74,5%, 55,2%, 44,8%, 43,0% und 37,6%. Die kumulativen 1-, 3-, und 5-Jahres-Wahrscheinlichkeiten für den Erhalt der Extremität betrugen jeweils 86,8%, 79,2% und 77,5%.

Eine Optimierung des Strömungsverhaltens innerhalb der Anastomosenregion ist in der FCPP derart möglich, daß der Anteil der für die Pathogenese der MIH ursächlichen Strömungsmuster minimiert wird. Diese Anastomose ist klinisch anwendbar und führt bei ausschließlicher Verwendung von ePTFE als Bypassmaterial im femorodistalen Bereich zu akzeptablen Langzeitergebnissen, die denen bei Anwendung von alternativ möglichen Venenpatchplastiken nicht nur vergleichbar, sondern teilweise überlegen sind.

Schlagwörter:
Intimahyperplasie, Anastomosengeometrie, Femorodistaler Bypass, Klinische Ergebnisse

Abstract

The subendothelial myointimal hyperplasia (MIH) represents one of the main etiological factors in the formation of stenoses and occlusions of vascular anastomoses. MIH plays a role especially in termino-lateral anastomoses. Hemodynamic factors have a decisive impact on the development of MIH. Assuming that changes in the morphology of the anastomoses influence the hemodynamics, a novel anastomosis form, the femorocrural patch prosthesis (FCPP), was developed with the goal of optimizing the blood flow-dynamics within the anastomotic site.

In a hydrodynamic circulation model, various elastic, transparent silicon phantoms of termino-lateral anastomoses were perfused with a Newton fluid blood analog (glycerol-water mixture) while simulating the femorocrural pressure curve in a pulsatile manner under variation of the flow conditions. The conventional and clinically tested anastomosis forms (termino-lateral anastomosis, composite bypass, Linton patch, Millar collar, Taylor patch) were compared with the FCPP-anastomosis and two modifications of the FCPP in vitro. The visualization of the flow velocity field was achieved using three different methods. By means of the color-optic method, the distribution and motion of color elements in the anastomotic area were video-recorded following injection in the flowing liquid. For the ultrasound examination with high resolution, color-coded Doppler sonography, the fluid was marked with Sephadex particles. All ultrasound examinations were also recorded on video. The corresponding doppler spektrum points in the marginal zones of the anastomosis were subjected to the Fast Fourier Transform (FFT) analysis off-line and then displayed three-dimensionally.

The semiquantitative analysis using the color-optic method showed a significant decrease or elimination of MIH-associated current phenomena in the FCPP-anastomosis and its corresponding modifications. The intensity of singular flow phenomena was dependent upon the Reynolds-number and upon the relation of proximal to distal flow volume over time. The possibility to adapt the FCPP to the flow phenomena by modifying the bifurcated form and thereby achieving almost laminar flow in the complete anastomotic area proved to be advantageous. The color-coded Doppler sonography confirmed the results of the color-optic method. During peak systole and at the beginning of the diastole, recirculation zones and zones with low flow velocity were least intense in the FCPP or not detectable at all (in the modified FCPPs). The comparison between the FFT 3D-reconstructions from the Doppler spektrum showed low frequencies and thus flow velocities and a partial flow reversal almost constantly in all anastomosis forms except the FCPP and its modifications. In a prospective study on the clinical application of the FCPP anastomosis during the period of June 1992 to July 1998, 135 ePTFE prosthetic bypass reconstructions with distal FCPP anastomosis were analyzed in 129 patients suffering from peripheral arterial occlusive disease stages III and IV. The cumulative primary and secondary 1-, 2-, 3-, 4-, and 5-year patency rates calculated with the Kaplan / Meier method were 63.0%, 44.9%, 35.7%, 33.1%, and 27.6%, and 75.5%, 55.2%, 44.8%, 43.0% and 37.6%, respectively. The cumulative 1-, 3-, and 5-year probabilities for limb salvage were 86.8%, 79.2% and 77.5%, respectively.

As a result of anastomotic engineering, FCPP optimizes the flow properties within the anastomosis region to such an extent that the pathogenetic role of flow disturbances is minimized. This anastomosis is clinically employable when using ePTFE as bypass material in femoro-distal vascular reconstruction and leads to acceptable long-term results that are not only comparable but sometimes superior to the results obtained when using alternative vein cuff techniques.

Keywords:
Intimal hyperplasia, Anastomotic engineering, Femorodistal bypass, Clinical results


Seiten: [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165] [166] [167] [168] [169] [170] [171] [172] [173] [174] [175] [176] [177] [178] [179] [180] [181] [182] [183] [184] [185] [186] [187] [188] [189]

Inhaltsverzeichnis

TitelseiteExperimentelle und klinische Untersuchungen zur Optimierung der Hämodynamik in termino-lateralen Prothesenbypass-Anastomosen
1 Einleitung
1.1Gefäßchirurgie der Extremitätenarterien
1.1.1Die distale termino-laterale Anastomose
1.1.2Die subendotheliale Intimahyperplasie
1.1.3Hämodynamik im Anastomosenbereich
1.2Grundlagen der Blutströmung
1.2.1Grundlagen der Strömungsmechanik
1.2.1.1Kontinuitätsgleichung
1.2.1.2Bernoullische Druckgleichung
1.2.1.3Strömungsablösung
1.2.1.4Scherrate und Schubspannung
1.2.2Viskosität des Blutes
1.3Zielstellung der Arbeit
2 Material und Methoden
2.1Entwicklung einer neuen Form termino-lateraler Anastomosen
2.2In vitro Untersuchung der Hämodynamik in termino-lateralen Anastomosen
2.2.1Modelle temino-lateraler distaler Anastomosen
2.2.1.1Herstellung des Originalmodells
2.2.1.2Herstellung der Negativform des Originalmodells
2.2.1.3Herstellung von Metallabgüssen des Originalmodells
2.2.1.4Herstellung des transparenten Siliconmodells
2.2.2Hydrodynamisches Kreislaufmodell
2.2.3Modellfüssigkeit
2.2.4Methoden zur Visualisierung des Strömungsverhaltens
2.2.4.1Optische Methode mittels Farbdilution
2.2.4.2Farbcodierte Dopplersonographie
2.2.4.3Dreidimensionale Darstellung der Fast Fourier Analyse der Dopplerspektren
2.3Prospektive klinische Studie zur Anwendung der FCPP-Anastomose
2.3.1Studiendesign und Zielstellung
2.3.1.1Zielkriterien
2.3.2Patienten
2.3.2.1Einschlußkriterien
2.3.2.2Ausschlußkriterien
2.3.2.3Präoperative Diagnostik
2.3.2.4Operationsmethode
2.3.2.5Postoperative Diagnostik
2.3.2.6Vorgehen bei Komplikationen
2.3.3Datenanalyse
2.3.3.1Statistik
3 Ergebnisse
3.1In vitro Untersuchung der Hämodynamik termino-lateraler Anastomosen
3.1.1Entwicklung eines hydrodynamischen Kreislaufmodells
3.1.2Methoden zur Visualisierung des Strömungsverhaltens
3.1.2.1Optische Methode mittels Farbdilution
3.1.2.2Farbcodierte Dopplersonographie
3.1.2.3Dreidimensionale Darstellung der Fast Fourier Analyse der Dopplerspektren
3.2Prospektive klinische Studie zur Anwendung der FCPP-Anastomose
3.2.1Epidemiologische Daten
3.2.2Offenheitsraten der Bypass-Rekonstruktionen und Extremitätenerhalt
3.2.3Überlebensrate der Patienten
3.2.4Besonderheiten des klinischen Verlaufes
4 Diskussion
4.1Die Bedeutung der Hämodynamik im Anastomosenbereich
4.2Methoden der in vitro Untersuchung der Hämodynamik in Anastomosen
4.2.1Modellbedingte Vereinfachungen
4.2.2Methoden zur Visualisierung des Strömungsverhaltens
4.2.2.1Optische Methode mittels Farbdilution
4.2.2.2Farbcodierte Dopplersonographie
4.2.2.3Dreidimensionale Darstellung der Fast Fourier Analyse der Dopplerspektren
4.3Prospektive klinische Studie zur Anwendung der FCPP-Anastomose
5 Schlußfolgerungen
6 Zusammenfassung
Bibliographie Literaturverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
Anhang A Anhang
Selbständigkeitserklärung
Danksagung

Tabellenverzeichnis

Tab. 3-1: Reynolds-Zahlen für die Strömung im Bypassgefäß bei verschiedenen Stromzeitvolumina im Kreislaumodell
Tab. 4-9: Mittelwerte der Flächenanteile MIH-assoziierter Strömungsphänomene bei maximaler Systole für die verschiedenen Anastomosenformen abhängig von der Relation von Qprox und Qdist. * Für den Vergleich der Flußrandbedingungen Qprox:Qdist = 1:2 und 2:1 waren die Differenzen: p<0,001(FCPP), p=0,03 (Linton patch), n.s. (Taylor patch).
Tab. 4-10: Mittelwerte der Flächenanteile MIH-assoziierter Strömungsphänomene zu Beginn der Diastole für die verschiedenen Anastomosenformen abhängig von der Relation von Qprox und Qdist. * Für den Vergleich der Flußrandbedingungen Qprox:Qdist = 1:2 und 2:1 waren die Differenzen: n.s. (Linton Patch, Miller Collar), p<0,001 (term.-lat. Anast.)
Tab. 4-11: Verteilung der epidemiologischen Daten hinsichtlich des Risikoprofils bei 129 Patienten zum Zeitpunkt der Operation.
Tab. 4-12: Ausgangsbedingungen der Revaskularisation hinsichtlich des peripheren arteriellen Abstroms bei 135 Extremitäten zum Zeitpunkt der Operation.
Tab. 4-13: Verteilung der Empfängerarterien bei 135 ePTFE-Prothesenbypass-Rekonstruktionen mit distaler FCPP-Anastomose.
Tab. 5-1: Ergebnisse femoroinfragenualer und -cruraler Rekonstruktionen bei Verwendung von Armvenen oder der V. saphena parva als Alternativen zur V. saphena magna.
Tab. 5-2: Ergebnisse femorodistaler Rekonstruktionen bei Verwendung von ePTFE ohne Venenpatches oder -cuffs als Alternative zum autologen Venenbypass.
Tab. 5-3: Ergebnisse femorodistaler Rekonstruktionen bei Verwendung von ePTFE mit Venenpatches oder -cuffs als Alternative zum autologen Venenbypass.
Tab. 4-1a: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrandbedingung: Qprox:Qdist = 1:2, Qgesamt = 50 ml/min.
Tab. 4-1b: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:1, Qgesamt = 50 ml/min.
Tab. 4-1c: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 2:1, Qgesamt = 50 ml/min.
Tab. 4-2a: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:2, Qgesamt = 100 ml/min.
Tab. 4-2b: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:1, Qgesamt = 100 ml/min.
Tab. 4-2c: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 2:1, Qgesamt = 100 ml/min.
Tab. 4-3a: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:2, Qgesamt = 150 ml/min.
Tab. 4-3b: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:1, Qgesamt = 150 ml/min.
Tab. 4-3c: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 2:1, Qgesamt = 150 ml/min.
Tab. 4-4a: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:2, Qgesamt = 200 ml/min.
Tab. 4-4b: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:1, Qgesamt = 200 ml/min.
Tab. 4-4c: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 2:1, Qgesamt = 200 ml/min.
Tab. 4-5a: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:2, Qgesamt = 250 ml/min.
Tab. 4-5b: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:2, Qgesamt = 250 ml/min.
Tab. 4-5c: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 2:1, Qgesamt = 250 ml/min.
Tab. 4-6a: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:2, Qgesamt = 300 ml/min.
Tab. 4-6b: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:1, Qgesamt = 300 ml/min.
Tab. 4-6c: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 2:1, Qgesamt = 300 ml/min.
Tab. 4-7a: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:2, Qgesamt = 350 ml/min.
Tab. 4-7b: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:1, Qgesamt = 350 ml/min.
Tab. 4-7c: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 2:1, Qgesamt = 350 ml/min.
Tab. 4-8a: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:2, Qgesamt = 400 ml/min.
Tab. 4-8b: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 1:1, Qgesamt = 400 ml/min.
Tab. 4-8c: Bewertung der 8 verschiedenen Anastomosenformen hinsichtlich des Auftretens von definierten Strömungsphänomenen. Strömungsrand-bedingung: Qprox:Qdist = 2:1, Qgesamt = 400 ml/min.
Tabelle 4-14: Kaplan-Meier-Analyse der primären Offenheitsraten bei 135 femoro-infragenualen ePTFE-Bypass-Rekonstruktionen mit distaler FCPP-Anastomose
Tabelle 4-14. Fortsetzung
Tabelle 4-15: Kaplan-Meier-Analyse der sekundären Offenheitsraten bei 135 femoro-infragenualen ePTFE-Bypass- Rekonstruktionen mit distaler FCPP-Anastomose
Tabelle 4-15. Fortsetzung
Tabelle 4-16: Kaplan-Meier-Analyse des Extremitätenerhaltes bei 135 femoro-infragenualen ePTFE-Bypass-Rekonstruktionen mit distaler FCPP-Anastomose
Tabelle 4-16. Fortsetzung
Tabelle 4-16. Fortsetzung
Tabelle 4-17: Kaplan-Meier-Analyse des Überlebens der von 129 Patienten mit 135 femoro-infragenualen ePTFE-Bypass-Rekonstruktionen mit distaler FCPP-Anastomose
Tabelle 4-17. Fortsetzung
Tabelle 4-17. Fortsetzung

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1-1: Intraarterielle DSA 12 Jahre nach Implantation eines femorofibularen Prothesenbypass. Die distale Anastomose ist durch Intimahyperplasie nahezu verschlossen.
Abb. 1-2: Prädilektionsstellen für die Entwicklung der Intimahyperplasie in termino-lateralen Anastomosen. Die typischen Lokalisationen sind der Boden der Empfängerarterie gegenüber dem Bypassgefäß sowie die “Fersen“- und “Spann“-Region (vgl. [235]).
Abb. 1-3: Geschwindigkeitsvektoren und Stromlinien. Die Stromlinien verlaufen in Richtung der Strömung, d. h. deren Tangenten zeigen die Richtung der Geschwindigkeitsvektoren.
Abb. 1-4: Zur Erklärung des Kontinuitätsprinzips am Kontrollvolumen dV=dxdydz. Dargestellt ist die Änderung der Geschwindigkeit u und damit des Flüssigkeitsdurchsatzes in x-Richtung. Die Zunahme in x-Richtung entsteht durch Stromanteile der y- bzw. z-Richtung, verbunden mit einer Stromabnahme in y- bzw. z-Richtung.
Abb. 1-5: Bei einer sprunghaften Aufweitung des Rohrdurchmessers kommt es zur Strömungs- ablösung.
Abb. 1-6: Scherströmung zwischen zwei parallelen Platten: Eine bewegliche Platte der Fläche A bewegt sich mit der Geschwindigkeit u über eine feste Grundplatte. Dazu muß die Tangentialkraft F aufgebracht werden. Auf Grund der Haftbedingung an den Wänden entsteht im Fluid eine Scherung.
Abb. 3-1: Prinzipielle Möglichkeiten der Gestaltung termino-lateraler Anastomosen: Windkessel (a) und Gabelform (b).
Abb. 3-2: Termino-laterale Anastomose zwischen ePTFE-Ringprothese und Empfängerarterie.
Abb. 3-3: Termino-laterale Anastomose mit Interposition eines Venensegmentes zwischen ePTFE-Ringprothese und Empfängerarterie (Composite Bypass).
Abb. 3-4: Termino-laterale Anastomose zwischen ePTFE-Ringprothese und Empfängerarterie unter Zwischenschaltung eines streifenförmigen Venenpatches (Linton Patch).
Abb. 3-5: Termino-laterale Anastomose zwischen ePTFE-Ringprothese und Empfängerarterie unter Zwischenschaltung eines kragenförmigen Venenpatches (Miller Collar).
Abb.3-6: Termino-laterale Anastomose zwischen ePTFE-Ringprothese und Empfängerarterie unter Erweiterung der Spannregion der Anastomose durch einen Venenpatch (Taylor Patch).
Abb. 3-7: Femoro-crurale Patchprothese (FCPP) als termino-laterale Anastomose zwischen ePTFE-Ringprothese und Empfängerarterie unter Zwischenschaltung eines gabelförmigen ePTFE-Patches in Gestalt eines Doppelbulbus.
Abb.3-8: Modifikation der FCPP-Anastomose für einen hohen Abstromwiderstand des distalen Schenkels der Empfängerarterie.
Abb. 3-9: Modifikation der FCPP-Anastomose für einen hohen Abstromwiderstand des proximalen Schenkels der Empfängerarterie.
Abb. 3-10: Herstellung der Negativform des Originalmodells durch Umgießen mit Silikonkautschuk (Sikovoss NL). Erste Halbform der FCPP-Anastomose.
Abb. 3-11: Metallabguß des Miller Collar nach Oberflächenbehandlung.
Abb. 3-12: Rahmenkonstruktion zur Vorbereitung der Herstellung des transnsparenten Silikonmodells durch Umgießen des Metallabgusses.
Abb. 3-13: Umgießen des Metallabgusses der Anastomose mit transparentem Silikon-Elastomer (Sylgard 184).
Abb. 3-14: Gesamtansicht (a) und Ausschnitt der Seitenansicht des fertigen Modells der FCPP-Anastomose aus transparentem Silikon-Elastomer (Sylgard 184). Die Anschlüsse für den Modellkreislauf sind zu erkennen (a). Ohne das Modellfluid wird die Refraktion deutlich.
Abb. 3-15: Prinzip des Modellkreislaufes.
Abb. 3-16: Resultierende Druckkurve, gemessen am Ort Qgesamt des Modellkreislauf-Systems.
Abb. 3-17: Reynolds-Zahlen für die Strömung im Bypassgefäß bei verschiedenen Stromzeitvolumina im Kreislaumodell
Abb. 3-18: Schema der semiquantitativen Analyse des Strömungsgeschwindigkeitsfeldes im Anastomosenbereich bei Visualisation mit der farboptischen Methode.
Abb. 3-19: Schallkopfposition zur Untersuchung der Strömung im Anastomosenbereich des Silikonmodells.
Abb. 3-20: Schema der quantitativen Analyse des Strömungsgeschwindigkeitsfeldes im Anastomosen- bereich bei Visualisierung mittels FKDS.
Abb. 3-21: Bezeichnung der Meßpunkte innerhalb der Anastomosenregion für die Ableitung der Dopplerspektren.
Abb. 3-22: Ableitung des Dopplerspektrums am Meßpunkt 7 für Linton Patch (oben) und Taylor Patch (unten). Die Plazierung des Dopplergates (rechts) orientierte sich jeweils an der FKDS (links).
Abb. 3-23: Veranschaulichung der Filterung der Pulsationen aus dem stochastisch verteilt erscheinenden Dopplersignal. (Das Dopplersignal wurde für die Demonstration geglättet).
Abb. 3-24: Fast Fourier Transformation für eine Strömungsrichtung. Eine “Herzaktion“ wird in 20 Zeitabschnitte unterteilt (skalierter Doppelpfeil im linken Bild). Wasserfall-Darstellung der für jeden Zeitabschnitt berechneten Spektren. Die Zeitachse der Spektrumdarstellung zeigt in das Bild hinein.
Abb. 3-25: Prinzip der 3D-Darstellung der FFT der Ultraschall-Dopplerspektren. Die Ziffern bedeuten: 1 - Verbindungslinie der Ursprungsmatritzen, 2 - Frequenzanstieg für den Hinstrom, 3 - Frequenzanstieg für den Rückstrom, 4 - Zeitachse, 5 - Amplitude.
Abb. 3-26: Darstellung der A. tibialis anterior, die hier chronisch degenerative Wandveränderungen aufwies, jedoch für die Anlage einer FCPP-Anastomose geeignet war.
Abb. 3-27: Die Herstellung der FCPP-Anastomose beginnt mit der termino-lateralen Anastomose zwischen der ePTFE-Prothese und einem davon abgetrennten distalen Segment, aus dem danach der gabelförmige Patch geformt wird (a). Die Anastomose wird in annähernd 90°-Winkel mittels fortlaufender Nahttechnik (Prolene 7/0) hergestellt (b).
Abb. 3-28: Die FCPP-Anastomose entsteht durch Zurechtschneiden des distalen ePTFE-Segmentes, so daß der gabelförmige Patch die Gestalt eines Doppelbulbus annimmt. Ansicht von oben (a) und vom Lumen her (b).
Abb. 3-29: Beispiel für die extraanatomische Prothesenführung eines femorofibularen ePTFE-Prothesenbypass mit distaler FCPP-Anastomose.
Abb. 3-30 a-d: Nahttechnik bei Anlage der termino-lateralen FCPP-Anastomose.
Abb. 4-6: Verteilung des Punkte-Scores der farboptischen Strömungsanalyse für die verschiedenen Anastomosenformen. Strömungsrandbedingungen: Qgesamt = 50 ... 400 ml/min., Qprox:Qdist = 1:2.
Abb. 4-7: Verteilung des Punkte-Scores der farboptischen Strömungsanalyse für die verschiedenen Anastomosenformen. Strömungsrandbedingungen: Qgesamt = 50 ... 400 ml/min., Qprox:Qdist = 1:1.
Abb. 4-8: Verteilung des Punkte-Scores der farboptischen Strömungsanalyse für die verschiedenen Anastomosenformen. Strömungsrandbedingungen: Qgesamt = 50 ... 400 ml/min., Qprox:Qdist = 2:1.
Abb. 4-21: Anteil der Fläche mit niedriger Flußgeschwindigkeit und/oder mit Rezirkulation an der Gesamtfläche des Medianschnittes durch die Anastomose. Maximale Systole, Qprox:Qdist = 1:2.
Abb. 4-22: Anteil der Fläche mit niedriger Flußgeschwindigkeit und/oder mit Rezirkulation an der Gesamtfläche des Medianschnittes durch die Anastomose. Maximale Systole, Qprox:Qdist = 1:1.
Abb. 4-23: Anteil der Fläche mit niedriger Flußgeschwindigkeit und/oder mit Rezirkulation an der Gesamtfläche des Medianschnittes durch die Anastomose. Maximale Systole, Qprox:Qdist = 2:1.
Abb. 4-24: Anteil der Fläche mit niedriger Flußgeschwindigkeit und/oder mit Rezirkulation an der Gesamtfläche des Medianschnittes durch die Anastomose. Beginn der Diastole, Qprox:Qdist = 1:2.
Abb. 4-25: Anteil der Fläche mit niedriger Flußgeschwindigkeit und/oder mit Rezirkulation an der Gesamtfläche des Medianschnittes durch die Anastomose. Beginn der Diastole, Qprox:Qdist = 1:1.
Abb. 4-26: Anteil der Fläche mit niedriger Flußgeschwindigkeit und/oder mit Rezirkulation an der Gesamtfläche des Medianschnittes durch die Anastomose. Beginn der Diastole, Qprox:Qdist = 2:1.
Abb. 4-25 a-d: Beispiele für Revaskularisationen der A. poplitea im Segment III (a), der A. tibialis anterior (b), der A. fibularis (c) und der A. tibialis posterior (d) mittels FCPP. Bei (b) wurde eine asymmetrische, als FCPP-psdl konfigurierte, an einen proximal stark erhöhten Abstromwiderstand adaptierte Form der FCPP implantiert. Die DSA erfolgte jeweils 14 (a), 22 (b), 48 (c) und 60 (d) Monate postoperativ.
Abb. 4-36: Primäre Offenheitsrate der 135 femoroinfragenualen und -cruralen ePTFE-Prothesenbypass-Rekonstruktionen mit distaler FCPP-Anastomose bei 129 Patienten in den klinischen Stadien III und IV der paVK. Die unterbrochene Linie veranschaulicht die simultane Schätzung des 95%-Konfidenzintervalls.
Abb. 4-37: Sekundäre Offenheitsrate der 135 femoroinfragenualen und -cruralen ePTFE-Prothesenbypass-Rekonstruktionen mit distaler FCPP-Anastomose bei 129 Patienten in den klinischen Stadien III und IV der paVK. Die unterbrochene Linie veranschaulicht die simultane Schätzung des 95%-Konfidenzintervalls.
Abb. 4-38 Sekundäre Offenheitsrate der femoroinfragenualen und -cruralen ePTFE-Prothesenbypass-Rekonstruktionen mit distaler FCPP-Anastomose. Getrennte Darstellung für die jeweils gewählte Empfängerarterie.
Abb. 4-39: Kumulative Wahrscheinlichkeit für den Extremitätenerhalt nach 135 femoroinfragenualen und -cruralen ePTFE-Prothesenbypass-Rekonstruktionen mit distaler FCPP-Anastomose bei 129 Patienten in den klinischen Stadien III und IV der PaVK. Die unterbrochene Linie veranschaulicht die simultane Schätzung des 95%-Konfidenzintervalls.
Abb. 4-40: Kumulative Überlebenswahrscheinlichkeit der 129 Patienten nach femoroinfragenualer und -cruraler ePTFE-Prothesenbypass-Rekonstruktion mit distaler FCPP-Anastomose. Die unterbrochene Linie veranschaulicht die simultane Schätzung des 95%-Konfidenzintervalls.
Abb. 5-1: DSA mit selektiver Darstellung der Aufteilung der A. carotis interna in die Aa. cerebri media et anterior. Die Ähnlichkeit mit der Anastomosenform der FCPP ist deutlich erkennbar.
Abb. 5-2: Darstellung zweier Resultate des „anastomotic engineering“. Durch entsprechende Formgebung des distalen Endes einer ePTFE-Prothese ist eine Modifikation des Miller Collar (Distaflo-Prothese) (a) ebenso herstellbar wie die FCPP-Prothese - hier in einem Prototyp (b).
Abb. 4-1: Strömungsmuster im Miller Collar während einer Kreislaufaktion (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1). Der Systolenzeitpunkt des Einzelbildes entspricht den Markierungen in der Druckkurve. Der Pfeil im Bild 1 kennzeichnet den Zustrom und ist in dieser Weise gültig für alle nachfolgenden Bilder der Abb. Die ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster erfolgt im Text (Abschnitt 4.1.2.1).
Abb. 4-2: Strömungsmuster in der termino-lateralen Anastomose (oben) und im Linton Patch (unten). Die Zahlen geben das Verhältnis Qprox : Qdist an. Die ausführliche Beschreibung findet sich im Text (Abschnitt 4.1.2.1).
Abb. 4-3: Strömungsmuster im Miller Collar (oben) und im Taylor Patch (unten). Die Zahlen geben das Verhältnis Qprox : Qdist an. Die ausführliche Beschreibung findet sich im Text (Abschnitt 4.1.2.1).
Abb. 4-4: Strömungsmuster in der FCPP während einer Kreislaufaktion (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1). Der Systolenzeitpunkt des Einzelbildes entspricht den Markierungen in der Druckkurve. Die ausführliche Beschreibung findet sich im Text (Abschnit 4.1.2.1).
Abb. 4-5: Strömungsmuster in der FCPP bei verschiedenen Widerstandsverhältnissen (Bild 1 und 2) und in zwei modifizierten Formen der FCPP (Bild 3, 4 und 5, 6). Die Zahlen geben das Verhältnis Qprox :Qdist an. Die zeitliche Zuordnung der Einzelbilder erfolgt an Hand der Markierungen in der Druckkurve. Die ausführliche Beschreibung findet sich mi Text (Abschnit 4.1.2.1).
Abb. 4-9: Bilder der FKDS im distalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, Qprox :Qdist = 1:2, maximale Systole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-10: Bilder der FKDS im distalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist =1:2, Beginn der Diastole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-11: Bilder der FKDS im proximalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, QproxQdist =1:2, maximale Systole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-12: Bilder der FKDS im proximalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:2, Beginn der Diastole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-13: Bilder der FKDS im distalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1, maximale Systole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-14: Bilder der FKDS im distalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1, Beginn der Diastole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-15: Bilder der FKDS im proximalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1, maximale Systole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-16: Bilder der FKDS im proximalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1, Beginn der Diastole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-17: Bilder der FKDS im distalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 2:1, maximale Systole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-18: Bilder der FKDS im distalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 2:1, Beginn der Diastole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-19: Bilder der FKDS im proximalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 2:1, maximale Systole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-20: Bilder der FKDS im proximalen Schenkel der verschiedenen termino-lateralen Anastomosenformen. (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 2:1, Beginn der Diastole). Ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster - siehe Text (Abschnitt 4.1.2.2).
Abb. 4-27: Vergleich der Triplexsonographie mit der 3D-Darstellung während einer Kreislaufaktion (Form: FCPP, Q=300 ml/min, PRP:PRD = 1:1) an den Meßpunkten 2 (oben) und 5 (unten). Bedeutung der Ziffern in Bild 2: 1 - Verbindungslinie der Ursprungsmatrizen, 2 - Frequenzanstieg für Hinstrom, 3 - Frequenzanstieg für Rückstrom, 4 - Zeitachse, 5 - Amplitude.
Abb. 4-28: 3D-US-Bilder in der Spannregion der Anastomose (Meßpunkt 1) während einer Kreislaufaktion (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1). Die ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster findet sich im Text (Abschnitt 4.1.1.3).
Abb. 4-29: 3D-US-Bilder in der Spannregion der Anastomose (Meßpunkt 2) während einer Kreislaufaktion (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1). Die ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster findet sich im Text (Abschnitt 4.1.1.3).
Abb. 4-30: 3D-US-Bilder am Boden der Empfängerarterie (Meßpunkt 3) während einer Kreislaufaktion (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1). Die ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster findet sich im Text (Abschnitt 4.1.1.3).
Abb. 4-31: 3D-US-Bilder am Boden der Empfängerarterie (Meßpunkt 4) während einer Kreislaufaktion (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1). Die ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster findet sich im Text (Abschnitt 4.1.1.3).
Abb. 4-32: 3D-US-Bilder am Boden der Empfängerarterie (Meßpunkt 5) während einer Kreislaufaktion (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1). Die ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster findet sich im Text (Abschnitt 4.1.1.3).
Abb. 4-33: 3D-US-Bilder in der Fersenregion der Anastomose (Meßpunkt 6) während einer Kreislaufaktion (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1). Die ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster findet sich im Text (Abschnitt 4.1.1.3).
Abb. 4-34: 3D-US-Bilder in der Fersenregion der Anastomose (Meßpunkt 7) während einer Kreislaufaktion (Q=300 ml/min, Qprox:Qdist = 1:1). Die ausführliche Beschreibung der Strömungsmuster findet sich im Text (Abschnitt 4.1.1.3).

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Mon Sep 24 17:36:53 2001