Rückert, Ralph-Ingo: Experimentelle und klinische Untersuchungen zur Optimierung der Hämodynamik in termino-lateralen Prothesenbypass-Anastomosen

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Kapitel 2. Material und Methoden

2.1 Entwicklung einer neuen Form termino-lateraler Anastomosen

Den Ausgangspunkt der mit der vorliegenden Arbeit verfolgten Zielstellung bildete die hinreichend gesicherte Erkenntnis, daß eine kausale Beziehung zwischen der Blutstömung innerhalb des Anastomosenbereiches und der Entstehung der MIH existiert. Bestimmte Strömungsmuster, die etwa zu niedrigen Scherkräften im gefäßwandnahen Bereich führen, sind in besonderem Maße als ursächlich für Thrombosierungen im akuten Verlauf und für die Entwicklung der MIH im chronischen Verlauf charakterisiert.

Die Überlegungen zu einer Optimierung der geometrischen Form von termino-lateralen Anastomosen (Abb. 3-1) mit dem Ziel einer Verbesserung der Hämodynamik im Anastomosenbereich basierten auf folgenden Tatsachen:

  1. Jede termino-laterale Anastomose ist unter hämodynamischem Aspekt ungünstiger als eine termino-terminal angelegte Anastomose, da Stauchungseffekte des aus dem Bypassgefäß austretenden Blutstromes beim Auftreffen auf die Empfängergefäßwand auftreten und eine Stromteilung in proximaler und distaler Richtung stattfindet.
  2. Das bei termino-lateraler Verbindung zwischen dem Bypassgefäß und der Empfängerarterie in der Regel jeweils größere Volumen der Anastomose gegenüber der termino-terminalen Verbindung hat bei konstantem Stromzeitvolumen prinzipiell eine Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb bestimmter Bereiche der termino-lateralen Anastomose zur Folge.
  3. Für termino-laterale Anastomosen ist aus klinischer und tierexperimenteller Erfahrung das Auftreten einer zur Lumeneinengung führenden Wandverdickung durch die MIH in typischer Lokalisation bekannt (vgl. Abschnitt 1.1.2).

Zur langfristigen Vermeidung oder mindestens Verringerung des Auftretens dieser kritischen Einengung des Lumens im Anastomosenbereich sind prinzipiell zwei voneinander verschiedene Wege denkbar. Beide Lösungsansätze gehen vom Einfluß der Hämodynamik auf die Ausbildung der MIH aus.

Die geometrische Form der Anastomose kann einerseits im Sinne einer Windkesselfunktion so gestaltet werden, daß durch Volumenvergrößerung an den Orten der Entstehung der MIH keine relevante Lumeneinengung der Anastomosenregion mehr möglich ist (Abb. 3-1a). Andererseits ist eine Anastomosenform vorstellbar, bei der eine Stromteilung durch die Anastomosengeometrie bereits vorgenommen wird (Abb. 3-1b). Diese gabelförmige Anastomose würde möglicherweise die Ursachen der Entstehung der MIH verringern oder sogar ausschalten und ist am besten als


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Kombination von zwei termino-terminalen Anastomosen für die proximale und distale Stromrichtung zu beschreiben.

Abb. 3-1: Prinzipielle Möglichkeiten der Gestaltung termino-lateraler Anastomosen: Windkessel (a) und Gabelform (b).

Die in Abb. 3-1a beschriebene Anastomosengeometrie findet ihre klinische Anwendung in den für termino-laterale Anastomosen bekannten Formen des Linton Patch [149], des Miller Collar [165] oder des Taylor Patch [254], deren Konstruktionsprinzip in den Abbildungen 3-4 bis 3-6 (vgl. Abschnitt 3.2.1) dargestellt ist.

Die in dieser Arbeit untersuchte neue, von H. Scholz in der Klinik für Gefäßchirurgie des Universitätsklinikums Charité entwickelte Anastomosenform (Abb. 3-7) [133,212] realisiert die in Abb. 3-1b skizzierte Vorstellung. Die grundlegende Idee dieser Anastomosenform ist deren Gestaltung als Doppelbulbus mit dem Ziel einer Homogenisierung der Strömung im Anastomosenbereich. Das bedeutet insbesondere die Minimierung von Strömungsmustern, die die Entstehung der MIH verursachen können. Die o.g. prinzipiellen hämodynamischen Nachteile termino-lateraler Anastomosen werden mit dieser Anastomosenform weitgehend vermieden.

Für die spätere klinische Anwendung wurde die gabelförmige Anastomose vollständig aus ePTFE hergestellt. Die detaillierte Reihenfolge der einzelnen Arbeitsschritte zur Herstellung der Anastomose im klinischen Einsatz wird im Abschnitt 3.3.2.4 erläutert. Diese Anastomose wurde wegen ihrer ursprünglichen Entwicklung als distale Anastomose eines Bypass von der A.femoralis zur am häufigsten betroffenen Empfängerarterienregion im Unterschenkelbereich als “femorocrurale Patchprothese“ (FCPP) bezeichnet.


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2.2 In vitro Untersuchung der Hämodynamik in termino-lateralen Anastomosen

Mit dem Ziel, die Blutströmung in termino-lateralen, distalen Anastomosen femoroinfragenualer Prothesenbypass-Rekonstruktionen in vitro untersuchen zu können, wurde ein hydrodynamisches Modell entwickelt. Das Modell mußte vor allem die Forderung nach strömungsmechanischer Ähnlichkeit mit den realen Verhältnissen erfüllen.

2.2.1 Modelle temino-lateraler distaler Anastomosen

Nach umfangreichen Vorversuchen mit verschiedenen Technologien und Materialien wurde ein optimales Verfahren zur Herstellung von Modellen termino-lateraler Anastomosen entwickelt. Es wurden Modelle von 8 Anastomosenformen verschiedener Geometrie aus vollständig transparentem Silicon gefertigt. Diese Modelle entsprachen bereits klinisch eingesetzten Anastomosenformen und der neu entwickelten Anastomosenform sowie deren Modifikationen. Es wurden Modelle der einfachen termino-lateralen Anastomose (Abb. 3-2), des sogenannten Composite Bypass (Abb. 3-3) [52,77,117,161], des Linton Patch (Abb. 3-4 ) [149] , des Miller Collar (Abb. 3-5) [165], des Taylor Patch (Abb. 3-6) [254], der FCPP-Anastomose (Abb. 3-7) [133,212] sowie von deren Modifikationen (Abb. 3-8, 3-9) hergestellt.

Abb. 3-2: Termino-laterale Anastomose zwischen ePTFE-Ringprothese und Empfängerarterie.


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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).


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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.


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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.

Die Herstellung der Modelle ließ sich in vier aufeinanderfolgende Arbeitsschritte einteilen, die in den folgenden Abschnitten (3.2.1.1 - 3.2.1.4) beschrieben werden.

2.2.1.1 Herstellung des Originalmodells

Aus Paraffin wurden zunächst die Originalmodelle der insgesamt 8 verschiedenen Anastomosen hergestellt, wobei die geometrischen Verhältnisse idealisiert im Maßstab 1:1 nachgebildet wurden.


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Die zuführende Prothese und die Empfängerarterie erhielten ihre Form durch Gießen von flüssigem Paraffin in Silikonschläuche von 6 bzw. 3 mm Innendurchmesser. Nach dem Aufschneiden der Schläuche wurden die Paraffinstäbe durch eine Drahtkonstruktion miteinander verbunden. Die Anastomosenregion selbst wurde jeweils manuell entsprechend vorliegender klinischer und Literaturdaten geformt [149,165,254]. Abschließend erfolgte eine Politur der Paraffinmodelle.

2.2.1.2 Herstellung der Negativform des Originalmodells

Von den Originalmodellen wurden im nächsten Schritt Negativformen hergestellt. Dazu wurden die Originale aus einem zweikomponentigen, hochelastischen Material auf Silikonkautschukbasis (Sicovoss NL, Fa. Vosschemie, Uetersen) abgeformt. Dieses Material besitzt eine relativ niedrige Viskosität, wird durch Zugabe von NL-Härter bei Raumtemperatur vulkanisisiert und verhält sich selbsttrennend. Von dem Originalmodell wurde zunächst eine Halbabformung hergestellt. Das Original wurde hierzu in einem Rahmen auf einer Glasplatte, parallel zu dieser, freihängend fixiert und mit einem Trennspray (Fa. Vosschemie) behandelt. Die Ränder des Rahmens wurden auf der Glasplatte außen mit einer Siliconmasse abgedichtet. Der so entstandene Gießkasten wurde bis zur Hälfte des Modellquerschnittes mit Sicovoss NL gefüllt (Abb. 3-10).

Abb. 3-10: Herstellung der Negativform des Originalmodells durch Umgießen mit Silikonkautschuk (Sikovoss NL). Erste Halbform der FCPP-Anastomose.

Nach Aushärten dieser Füllung wurde die Oberfläche wiederum mit dem Trennmittel behandelt, wonach die zweite Hälfte der Negativform mit Sicovoss gegossen wurde. Nach dem Aushärten dieser zweiten Füllung erfolgte die Entformung, die aufgrund der selbsttrennenden Eigenschaften von Sicovoss und der Vorbehandlung der Oberfläche mit Trennmittel mühelos möglich war. Der


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paßgerechte Sitz beider Halbformen aus Sicovoss wurde durch das Einbringen entsprechender Platzhalter in das Material selbst erreicht.

2.2.1.3 Herstellung von Metallabgüssen des Originalmodells

Aus einer bei niedriger Temperatur schmelzenden, wismuthaltigen Metallegierung (MCP 47, HEK Medizintechnik Lübeck) wurden nun Abgüsse der Originalmodelle hergestellt, indem das bei ca. 47° C schmelzende Metall erwärmt und in die paßgerecht aneinander gebrachten Halbformen gegossen wurde. Nach Erstarren des Metalls und Entformung der Sicovoss-Negativform wurden komplette Abgüsse der Originalmodelle erhalten, die einer Glättung der Oberfläche unterzogen wurden. Durch Metallbearbeitung mittels Feilen und Schleifen in mehreren Arbeitsgängen sowie Ausfüllung eventuell entstandener Poren oder kleinster Hohlräume mit einer Metallspachtelmasse (Prestofinish, Fa. Weber und Wirth, Schwerte) wurden derart glatte Oberflächen erzeugt, daß die optischen Eigenschaften des von diesen Metallformen abhängigen transparenten Silikonmodells nicht beeinträchtigt waren (Abb. 3-11).

Abb. 3-11: Metallabguß des Miller Collar nach Oberflächenbehandlung.

Die fertigen Metallabgüsse der Anastomosenformen wurden wiederum in einem Rahmen, frei über einer Glasplatte und parallel zu dieser hängend, fixiert, wie bereits oben beschrieben (Abb. 3-12).

Um einen in Vorversuchen beobachteten, für die weitere Verarbeitung ungünstigen direkten Kontakt der Metalloberfläche mit dem Silikon zu vermeiden, wurde das Metallmodell durch eine zweimalige Beschichtung der gesamten Oberfläche mit Polyvinylalkohol vorbereitet.


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Abb. 3-12: Rahmenkonstruktion zur Vorbereitung der Herstellung des transnsparenten Silikonmodells durch Umgießen des Metallabgusses.

2.2.1.4 Herstellung des transparenten Siliconmodells

Für die Herstellung der engültigen, für die in vitro Untersuchungen im Modellkreislauf geeigneten Modelle der verschiedenen Anastomosenformen wurde ein farbloses, transparentes, flüssiges und bei Raumtemperatur selbst vernetzendes Silikon-Elastomer (Sylgard 184, Fa. Dow Corning, USA) verwendet.

Abb. 3-13: Umgießen des Metallabgusses der Anastomose mit transparentem Silikon-Elastomer (Sylgard 184).

Sylgard 184 besteht aus zwei Komponenten, die im Verhältnis 10:1 gemischt werden. Vor der Anwendung wurde diese Mischung evakuiert, so daß sämtliche Lufteinschlüsse entfernt wurden. Der Brechungsindex von Sylgard 184 beträgt 1,43. Die entstandene Form wurde mit dem Silikon-Elastomer Sylgard 184 gefüllt, so daß die Metallform der Anastomose jeweils vollständig umgossen und um etwa 2-3 mm mit dem Silikon bedeckt war (Abb. 3-13). Nach 24 Stunden war das Silikon genügend ausgehärtet.


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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.

Der Rahmen und die Glasplatte wurden von dem Silikonquader mit dem darin eingeschlossenen Metallmodell der entsprechenden Anastomosenform entfernt. In einem heißen Wasserbad konnte nun das Metall aus dem Silikon herausgeschmolzen werden. Durch die Lösung des Polyvinylalkohols in Wasser war eine vollständige Entfernung des Metalls aus dem Silikon möglich, ohne daß ein Wandbeschlag durch Metallreste die optischen Eigenschaften des endgültigen Silikonmodells beeinträchtigt. Das Modell ist vollständig transparent und in das Kreislaufmodell integrierbar.

Eine Wandelastizität der Modelle bei pulsatiler Durchströmung war durch die Materialeigenschaften von Sylgard 184 mit Einschränkung gegeben [241].

2.2.2 Hydrodynamisches Kreislaufmodell

Zur vergleichenden Analyse des Strömungsverhaltens im Anastomosenbereich wurde ein in vitro Modellkreislauf etabliert, der die Simulation des menschlichen Blutstromes in der unteren Extremität, speziell der pulsatilen Strömung im femoropoplitealen und -cruralen Bereich, gestattete [133,212]. Der prinzipielle Aufbau des Modells ist schematisch in Abb. 3-15 dargestellt. Dieses hydrodynamische Kreislaufmodell basierte auf dem pulsatilen Zusammenschluß zweier Gefäße, von denen eines den systolischen, das andere den diastolischen Druck lieferte. Die separat geregelten Druckwerte waren jeweils in den Grenzen von 50 bis 200 mmHg vorwählbar. Die elektronische Ausführung der Regelung wurde von Krüger im Detail beschrieben [133].


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Abb. 3-15: Prinzip des Modellkreislaufes.

Zwei mit variabler Geschwindigkeit arbeitende, über die Regelschaltung angesteuerte Schlauchpumpensysteme (Masterflex®, Fa. Novodirect, Kehl am Rhein) füllten die Druckgefäße in Abhängigkeit von der gewählten Flußgeschwindigkeit. Das diastolische Druckgefäß wurde vom systolischen Druck durch ein Rückschlagventil (Lippenventil, HLM-Schlauchsatz, Fa. Medtronic, Anaheim, USA) getrennt. Die pulsatile Verbindung beider Gefäße wurde über ein Proportional-Magnetventil (Typ 2834, Fa. Buerkert, Ingelfingen) hergestellt. Durch die Ansteuerung des Ventils mit einer Spannung, für die eine Dreiecksfunktion mit verschobener Symmetrie gewählt wurde, war im Zusammenwirken mit einem entsprechend dimensionierten Windkessel die Simulation der Druckkurve im femorocruralen Bereich möglich (Abb. 3-16). Das optimale Volumen des Windkessels wurde für jede simulierte Flußsituation empirisch bestimmt. Als Ausgangswert wurde ein Volumen von 500 cm3 gewählt.

Die Berechnung der Vorlaufstrecke zur Sicherung einer voll entwickelten laminaren Strömung ergibt sich aus:

mit Le - Länge der Vorlaufstrecke, d - Rohrdurchmesser und Re - Reynoldszahl.

Für die Vorlaufstrecke wurden 50 cm gewählt.


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Abb. 3-16: Resultierende Druckkurve, gemessen am Ort Qgesamt des Modellkreislauf-Systems.

Die Druckkurve wurde analog registriert (Sirecust 1280, Siemens AG, mit Druckwandler DT-XX). Die Dauer jedes pulsatilen Zyklus betrug 1 s, entsprechend der gewählten Frequenz von 1 Hz oder einer Pulsrate von 60 min-1, und war konstant in allen Untersuchungen. Die Abflußwiderstände wurden durch starrwandige, dünne Schläuche entsprechender Länge nachgebildet. Das genaue Verhältnis von proximalem und distalem Abstrom wurde durch elektromagnetische Flußmessungen (Flowmeter 372-M, Fa. Nycotron, Oslo) eingestellt. In drei Kanälen wurden das gesamte Stromzeitvolumen (Qgesamt) und die Stromzeitvolumina in proximaler (Qprox) und in distaler (Qdist) Abstromrichtung des Empfängergefäßes gemessen. Am Ort des Meßinstrumentes für Qgesamt befand sich der Anschlußpunkt des Druckwandlers (W102, Meßgerätewerk Zwönitz) zur Erfassung des resultierenden Druckes.

Die Untersuchungen der Strömungsverhältnisse wurden für alle 8 Anastomosenformen bei jeweils drei verschiedenen Relationen von proximalem und distalem Abstrom Qprox:Qdist vorgenommen: 1:2, 1:1, und 2:1.

2.2.3 Modellfüssigkeit

Die Siliconmodelle der einzelnen Anastomosenformen wurden mit einem Glycerol-Wasser-Gemisch (Glycerol 85% in Wasser 1:1, Volumenmischungsverhältnis 42,5:57,5) perfundiert. Da es sich hierbei um ein Newtonsches Fluid handelt, Blut jedoch zu den nicht-Newtonschen Fluiden gehört, wurde eine im strengen Sinne nicht zulässige Vereinfachung angenommen. Für die


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vergleichende in vitro Untersuchung verschiedener Anastomosenformen erschien jedoch die Benutzung eines Newtonschen Fluids mit einer dem Vollblut angeglichenen Viskosität vertretbar (eine ausführliche Begründung findet sich im Abschnitt 5.2.1).

Der Brechungsindex des Glycerol-Wasser-Gemisches von 1,43 entsprach dem des Sylgard 184, wodurch die farboptische Analyse des Strömungsverhaltens nicht durch die optischen Eigenschaften des Systems beeinträchtigt wurde.

Die dynamische und kinematische Viskosität der verwendeten Flüssigkeit wurden mit einem Kapillarviskosimeter (CAVIS, Fa. Raczek, Wedemark) bestimmt. Sie waren temperaturabhängig und betrugen für die mittels Thermostat eingestellte Temperatur der Flüssigkeit von 25 °C jeweils 3,67 mPa*s und 0,033 cm2/s bei einer Dichte von 1,11 g/cm3.

Für die Untersuchungen wurden, entsprechend klinischer Relevanz, mittlere Stromzeitvolumina Qgesamt von 50, 100, .., 400 ml/min gewählt. Bei einem Durchmesser von 6 mm des im Modell jeweils zur Anastomose führenden Prothesenbypass entsprachen diesen Qgesamt die in Tab. 1 gezeigten mittleren Reynolds-Zahlen (Re), wobei für die für die Charakterisierung der Strömung wichtige Reynolds-Zahl nach der Formel berechnet wurde:

mit - mittlerer Geschwindigkeit, d - Durchmesser, rho - Dichte und eta- dynamische Viskosität.

Tab. 3-1: Reynolds-Zahlen für die Strömung im Bypassgefäß bei verschiedenen Stromzeitvolumina im Kreislaumodell

Mittleres Stromzeitvolumen
(ml/min)

50

100

150

200

250

300

350

400

Mittlere Reynolds-Zahl

54

107

160

214

268

321

375

472

Systolische Flußrate (ml/min)

113

227

294

359

425

491

557

623

Maximale Reynolds-Zahl (Systole)

120

243

315

384

455

526

596

667

Der kritische Wert für Re von 2300 für den Umschlag der laminaren in eine turbulente Strömung wurde damit in jedem Fall unterschritten. Unter den Bedingungen der pulsatilen Strömung wurden die jeweils maximalen Re ebenfalls berechnet (Tab. 1).

Der zur Charakterisierung der pulsatilen Strömungsbedingungen erforderliche Wormersley-Parameter [248] wird berechnet als:


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,

mit d - Durchmesser des Gefäßes, omega- Kreisfrequenz (omega=2pif, f=Hf/60) und ny - kinematische Viskosität.

Dieser Parameter betrug alpha=4,13 für alle Untersuchungen.

Die Viskosität und der Brechungsindex der Flüssigkeit wurden während der Experimente wiederholt bestimmt. Bei Abweichungen von den angegebenen Werten wurde der durch Verdunstung fehlende Wasseranteil im Glycerol/Wasser-Gemisch ergänzt.

2.2.4 Methoden zur Visualisierung des Strömungsverhaltens

Um die Strömungsverhältnisse im Anastomosenbereich untersuchen zu können, mußte mit verschiedenen Methoden die Visualisierung der Strömung erreicht werden. Zu diesem Zweck wurde eine farboptische Methode und die Sonographie als farbcodierte Dopplersonographie (FKDS) und als Dopplersonographie mit Frequenzanalyse der Dopplersignale verwendet.

2.2.4.1 Optische Methode mittels Farbdilution

Die eine im experimentellen Teil dieser Arbeit angewendete Methode zur Visualisierung des Strömungsfeldes innerhalb der Anastomosenregion beruhte auf der Analyse der Bewegung und Verteilung eines Farbstoffes (Mingograf-Schreibflüssigkeit, Fa. Siemens-Elema), der proximal der Anastomose in den Bypass injiziert wurde. Beobachtet wurden einerseits das Verhalten von Farbfahnen in der Strömung und andererseits die entstehenden Flußmuster beim Auswaschen der Anastomosenregion durch die Strömung nach einer vollständigen Farbstoffüllung der Anastomose. Das Strömungsfeld innerhalb der Anastomosenregion wurde durch diese Methode der Farbstoffinjektion indirekt sichtbar gemacht. Bei der in den Experimenten untersuchten pulsatilen, den physiologischen Bedingungen angenäherten Strömung sind die Bewegungslinien der Farbteilchen nicht mit den Stromlinien identisch. Die unterschiedlichen im Bewegungsablauf der Strömung entstandenen Farbverteilungen wurden mit einer Videokamera (S-VHS Camcorder AG 455, Panasonic, Osaka, Japan) und Videorecorder (S-VHS, AG 7350, Panasonic, Osaka, Japan) aufgezeichnet (Abb. 3-17).


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Abb. 3-17: Reynolds-Zahlen für die Strömung im Bypassgefäß bei verschiedenen Stromzeitvolumina im Kreislaumodell

Die graphische Darstellung des systemischen Druckes wurde als Kurvensignal analog in das Videosignal eingeblendet. Dazu diente ein Genlock-Adapter mit Overlay-Funktion (TRiLock, Fa. Hama, Kent, GB). Auf diese Art waren die Identifizierung der entsprechenden Phase des simulierten Herzzyklus und eine Zuordnung des analysierten Strömungsverhaltens zu den Phasen des Herzzyklus möglich. Insbesondere war dadurch die Möglichkeit des Vergleiches der Strömungsfelder in den verschiedenen Anastomosen gegeben, der nur zum jeweils gleichen Zeitpunkt innerhalb des Herzzyklus vorgenommen werden darf.

Die während der Versuche beobachteten Farbverteilungen wurden in ihrer zeitlichen Veränderung während des Herzzyklus anhand der Videoaufzeichnungen beurteilt. Diese Bewegungsanalyse wurde mittels S-VHS HiFi-Recorder (AG 7350, Panasonic, Osaka, Japan) hinsichtlich definierter Kriterien durchgeführt.

Zur Darstellung vergleichbarer Abbildungen wurden die Videoaufzeichnungen der Farbverteilung in den verschiedenen Anastomosen unter jeweils gleichen Flußbedingungen und zum jeweils gleichen Zeitpunkt des Herzzyklus mittels PC als Standbild digitalisiert. Die Digitalisierung wurde über eine Videokarte (Screen Machine II, FAST Electronic GmbH, München) vorgenommen. Die Interpretation und der Vergleich des Strömungsverhaltens in den einzelnen Anastomosen anhand der digitalisierten Bilder erfolgten somit auf der Basis der Beobachtung der Bewegungsabläufe der Farbteilchen im Video.

Als Kriterien für den Vergleich der verschiedenen Anastomosenformen wurden das Auftreten und die räumliche und zeitliche Ausdehnung definierter Strömungsphänomene analysiert:


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  1. Stagnation der Strömung und Verschiebung des Stagnationspunktes am Boden der Empfängerarterie
  2. Strömungsablösung mit Rezirkulation
  3. Wirbelbildung, und
  4. Zonen niedriger Strömungsgeschwindigkeit oder Pendelfluß im wandnahen Bereich.

Die Stagnation der Strömung, gewöhnlich am Punkt des Auftreffens der Strömung auf die Empfängergefäßwand gegenüber des Eintritts des Bypass in die Anastomose, erzeugt einen Ort hohen Wanddruckes. Bei pulsatiler Strömung pendelt dieser Punkt, wodurch eine Hochdruckzone entsteht, in der bevorzugt MIH gebildet wird (vgl. Abb1-2).

Die Strömungsablösung (s. Abschnitt 1.2.1.3) bildet eine Voraussetzung für Rezirkulationsphänomene von Anteilen der Strömung. Diese Phänomene wurden für die FR und SR des Anastomosenbereiches analysiert.

Wirbelbildung im Anastomosenbereich ist eine weitere Folge der Rezirkulation. Das Auftreten von Wirbeln bedeutet nicht, daß es sich um eine turbulente Strömung handelt. Für die Punktbewertung war die Wirbelgröße neben der zeitlichen Ausprägung entscheidend.

Zonen niedriger Strömungsgeschwindigkeit wurden im wandnahen Bereich, in der FR und SR und auch am Boden des Empfängergefäßes in der Punktbewertung beurteilt. Nach der low-flow- Hypothese (vgl. Abschnitt 1.1.3) ist die niedrige Strömungsgeschwindigkeit nahe der Gefäßwand einer der wesentlichsten hämodynamischen Faktoren für die Entstehung der MIH. Solche Regionen finden sich prinzipiell auch dort, wo rezirkulierende Strömung oder Pendelfluß auftreten.

Für jedes der beschriebenen Strömungsmuster wurde ein Punktsystem zur Bewertung definiert: Nichtvorhandensein - 0 Punkte, geringe und inkonstante Ausprägung während des Kreislaufzyklus - 1 Punkt, mittlere Ausprägung und Dauer über mindestens die Hälfte der Kreislaufperiode - 2 Punkte, starke Ausprägung und Dauer für mehr als ¾ der Kreislaufperiode - 3 Punkte. Wenn der Stagnationspunkt während des Kreislaufzyklus um mehr weniger als 2 mm pendelte, wurde 1 Punkt, bei mehr als 2 mm 2 Punkte vergeben. Bei Wirbelentstehung durch das Auftreffen des Zentralstrahls im Stagnationspunkt wurden 3 Punkte vergeben.

Für die Wirbelbildung wurden sowohl die Wirbelgröße als auch die Anzahl der Wirbel in die Punktbewertung einbezogen. Bei einem maximalen Durchmesser von weniger als 3 mm wurde 1 Punkt, bei 3-6 mm 2 Punkte und wenn der Wirbel die gesamte Anastomose einnahm 3 Punkte vergeben. Das Auftreten von mehr als einem Wirbel wurde unabhängig von deren Größe mit mindestens 2 Punkten bewertet.

Der semiquantitativen Analyse lagen die Videoaufzeichnungen der Farbverteilung und des Auswascheffektes nach vollständiger Farbfüllung der Anastomosenregion zugrunde. Außerdem


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wurden die Standbilder zu 4 definierten Zeitpunkten ausgewertet: halbmaximale und maximale Systole, Beginn der Diastole und mittlere Diastole.

Die Analyse der Videosequenzen und der Standbilder wurde für alle Strömungsrandbedingungen durchgeführt. Das bedeutet, jede der 8 Anastomosenformen wurde für jede Konstellation aus Gesamt-Stromzeitvolumen (50 ml/min., 100 ml/min. ... 400 ml/min.) und Aufteilung der Strömung Qprox:Qdist (1:2, 1:1, 2:1) getrennt nach dem oben definierten Punktsystem bewertet. Eine Zusammenfassung der Vorgehens zur semiquantitativen Analyse der farboptischen Visualisierung der Strömung gibt die Abb. 3.18.

Abb. 3-18: Schema der semiquantitativen Analyse des Strömungsgeschwindigkeitsfeldes im Anastomosenbereich bei Visualisation mit der farboptischen Methode.

Die statistische Berechnung wurde mit dem Statistik-Computerprogramm SPSS (Version 7.5.2G für Windows, SPSS Inc., Chicago, ILL, USA) vorgenommen. Nach der explorativen Datenanalyse


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hinsichtlich der Verteilungsform der Daten (Kolmogorov-Smirnov-Test mit Signifikanzkorrektur nach Lilliefors und Shapiro-Wilk-Test) wurde zum Vergleich der Mittelwerte der T-Test nach Student für unabhängige Stichproben verwendet.

2.2.4.2 Farbcodierte Dopplersonographie

Für die farbcodierte Dopplersonographie wurde ein hochauflösendes Ultraschallsystem (Acuson 128 XP/10, Acuson Corp., Mountain View, USA) verwendet. Die Untersuchungen wurden mit einem 5 MHz Linearschallkopf (Aperturgröße 3,8 cm, Modell L5) vorgenommen. Die Doppler-Frequenz betrug 3,5 MHz. Die Daten wurden zur späteren Analyse mittels HiFi-Videorecorder (S-VHS, AG 7350, Panasonic, Osaka, Japan) gespeichert.

Für die Ultraschalluntersuchungen wurde die Modellflüssigkeit mit 0,1 % Sephadex (50-100 µm, Pharmacia Fine Chemicals, NJ, USA) versetzt [210]. Dadurch wurden korpuskuläre Bestandteile als Reflektoren für die Schallwellen eingebracht, die die Schallbarkeit des Modellfluids ermöglichten.

Abb. 3-19: Schallkopfposition zur Untersuchung der Strömung im Anastomosenbereich des Silikonmodells.

Alle Anastomosenmodelle wurden in vertikaler Meßposition untersucht (Abb. 3-19). Die Anastomosenregion einschließlich des distalen Bypass und des Empfängergefäßes wurden abgebildet, um die lokalen Strömungsverhältnisse in ihrer Dynamik darzustellen.

Der Schallkopf wurde auf die mit Kopplungsgel versehene schmale Längsseite des Silikonmodells aufgesetzt (Abb. 3-19), so daß jeweils der Anastomosen-Medianschnitt in der Frontalebene zur Untersuchung gelangte. In jeder Meßposition wurde der Schallkopf in einem Winkel von 0° zur


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Längsachse des Empfängergefäßes fixiert.

Um hohe Flußgeschwindigkeiten ohne Aliasing-Phänomen sichtbar zu machen (Geschwindigkeiten, die oberhalb der Nyquist-Geschwindigkeit oder oberhalb der durch den farbcodierten Doppler meßbaren Geschwindigkeit liegen), wurde die Nachweisgrenze für niedrige Geschwindigkeiten gesteigert (Bereich von 0,10 bis 0,20 m/sec) bis das Aliasing im farbcodierten Doppler-Bild nicht mehr auftrat.

Die Untersuchungsbedingungen waren während aller Messungen konstant und damit identisch für die Untersuchung der einzelnen Anastomosenformen: Die Farbcodierung bedeutete Rot in Richtung auf den Schallkopf zu, Blau vom Schallkopf weg. Die Abbildung des Strömungsfeldes wurde daher als 2D-Darstellung der farbcodierten Flußgeschwindigkeiten erreicht. Die weiteren Untersuchungsbedingungen wurden entsprechend der geräteinternen Möglichkeiten des verwendeten Ultraschallsystems (Acuson 128 XP/10, Acuson Corp., Mountain View, USA) folgendermaßen gewählt: CD-Vorverarbeitung - Mode 1, zeitliche CD-Persistenz - 1, CD-Nachverarbeitung - V4, CD-Fenster - Gate 1, Geschwindigkeitsfilter - 2, Bildwiederholfrequenz: 1 - 4 kHz.

Die graphische Darstellung des systemischen Druckes wurde auch bei dieser Methode der Visualisierung des Strömungsverhaltens als Kurvensignal analog in das Videosignal mittels Genlock-Adapter (s. Abschnitt 3.2.4.1) eingeblendet.

Der Vergleich der Hämodynamik in den verschiedenen Anastomosenformen mit Hilfe der FKDS wurde zunächst durch eine qualitative und danach durch eine quantitative Analyse der Bilder zum jeweils gleichen Zeitpunkt des Herzzyklus vorgenommen. Die Definition des Zeitpunktes erfolgte anhand der analogen Kurve des systemischen Druckes im Modellkreislaufsystem, die, wie auch schon bei den farboptischen Untersuchungen, die Identifizierung der entsprechenden Phase des simulierten Herzzyklus und eine Zuordnung des analysierten Strömungsverhaltens zu den Phasen des Herzzyklus ermöglichte.

Die Kriterien für den qualitativen Vergleich der farbcodierten Geschwindigkeitsverteilungsfelder im Anastomosenbereich waren:

  1. Auftreten und Ausdehnung von Zonen ohne Farbanteil, d.h. in denen Flußgeschwindigkeiten unterhalb der Nachweisgrenze des gewählten Empfindlichkeitsbereiches auftraten,
  2. Auftreten und Ausdehnung von Rezirkulationszonen infolge Strömungsablösung,
  3. Auftreten von Aliasing-Phänomenen und
  4. Beurteilung der Homogenität der Stromteilung in proximale und distale Flußrichtung.

Die Analyse wurde für ein Qgesamt = 300 ml, jeweils bei dem Verhältnis Qprox:Qdist von 1:2, 1:1 und 2:1 vorgenommen, wobei die proximale und distale Anastomosenregion getrennt verglichen wurden.


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Die quantitative Bildanalyse wurde anhand der Videoaufzeichnung der Strömung in der jeweiligen Anastomosenform mittels FKDS vorgenommen (Abb. 3-20). Für jede der 8 Anastomosenformen wurden die Anteile der Rezirkulationszonen und der Zonen mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit als relativer Flächenanteil des Medianschnittes in der Frontalebene der Anastomose berechnet. Die Strömungsbedingungen entsprachen für diese Untersuchung exakt denen, die für die qualitative vergleichende Analyse gewählt wurden.

Abb. 3-20: Schema der quantitativen Analyse des Strömungsgeschwindigkeitsfeldes im Anastomosen- bereich bei Visualisierung mittels FKDS.

Die Berechnung wurde anhand der mit der Screen Machine (Screen Machine II, FAST Electronic GmbH, München) digitalisierten Bilddateien vorgenommen. Mit der Auswahlfunktion (Lasso-Linienfunktion) im Bildbearbeitungsprogramm Photoshop 5.0 (Adobe Systems Inc., Seattle, WA, USA) wurden die Flächenanteile mit Rezirkulation und mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit quantifiziert. Basis dieser Flächenberechnung war die Bildanalyse-Funktion, in der mit Hilfe der Histogramm-Option die Anzahl der Pixel berechnet wurde. Die Summe der Pixel aller Flächen mit diesen MIH-assoziierten Strömungsmustern wurde jeweils als Anteil der Gesamtfläche des


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Medianschnittes der entsprechenden Anastomosenform gerechnet. Die Berechnung des Flächenanteils erfolgte für jedes Standbild als Mittelwert aus 5 Einzelmessungen. In dieser Form wurden jeweils 5 aufeinanderfolgende Kreislaufzyklen analysiert, so daß der Flächenanteil mit MIH-assoziierten Strömungsmustern für jede Anastomosenform und jedes Abstromwiderstandsverhältnis den Mittelwert von 25 Einzelmessungen darstellte.

Die Analyse wurde für zwei charakteristische Zeitpunkte des Kreislaufzyklus vorgenommen: maximale Systole und Beginn der Diastole. Das Gesamt-Stromzeitvolumen betrug 300 ml/min.

Die statistische Berechnung wurde mit dem Statistik-Computerprogramm SPSS (Version 7.5.2G für Windows, SPSS Inc., Chicago, ILL, USA) vorgenommen. Nach der explorativen Datenanalyse hinsichtlich der Verteilungsform der Daten (Kolmogorov-Smirnov-Test mit Signifikanzkorrektur nach Lilliefors und Shapiro-Wilk-Test) wurde zum Vergleich der Mittelwerte der T-Test nach Student für unabhängige Stichproben verwendet.

2.2.4.3 Dreidimensionale Darstellung der Fast Fourier Analyse der Dopplerspektren

Neben der FKDS wurde die Dopplersonographie zur Untersuchung der Strömungverhältnisse im Anastomosenbereich eingesetzt.

Abb. 3-21: Bezeichnung der Meßpunkte innerhalb der Anastomosenregion für die Ableitung der Dopplerspektren.

Mit dem bereits für die FKDS verwendeten Ultraschallgerät (Acuson 128 XP/10, Acuson Corp., Mountain View, USA) wurden die Dopplersignale aus dem entsprechenden Anastomosenbereich abgeleitet. Die Ableitung erfolgte mit einer 3,5 MHz Sonde. Die übrigen Bedingungen für die Dopplersonographie und Spektralanalyse entsprachen genau denen für die Untersuchungen mittels


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FKDS (s. Abschnitt 3.2.4.2) und waren für alle durchgeführten Messungen konstant.

Die Dopplerspektren wurden standardisiert, d.h. an definierten Punkten im wandnahen Bereich jeder Anastomose abgeleitet (Abb. 3-21).

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).

Ein Vergleich zwischen den einzelnen Anastomosenformen wurde durch die Untersuchung der Dopplerspektren korrespondierender Meßpunkte der zweidimensionalen (2D)-Darstellung ermöglicht (Abb. 3-22). Die Ableitung der einzelnen Spektren orientierte sich dabei zusätzlich an der farbcodierten Darstellung der Anastomosenregion.

Das bedeutet, daß das Dopplergate im wandnahen Bereich der entsprechenden geometrischen Anastomosenform in Zonen mit niedrigem oder sogar Pendel- oder Umkehrfluß, die in der FKDS als solche idntifiziert werden konnten, gelegt wurde. Für das Dopplergate wurde die minimale Öffnung (2 mm) gewählt. Der im Schallkopf einstellbare Einschallwinkel und die mögliche Winkelkorrektur wurden jeweils so gewählt, daß die tangential zur Anastomosenwand sich bewegende Strömung beurteilt werden konnte. Der resultierende Einschallwinkel war jedenfalls größer als 55 Grad und kleiner als 60 Grad.


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Die Aufzeichnung der Daten zur späteren Analyse erfolgte wiederum mittels HiFi-Videorecorder (S-VHS, AG 7350, Panasonic, Osaka, Japan) als Zwischenspeicher. Die Aufzeichnung der Dopplersignale erfolgte zweikanalig, getrennt für die sich auf den Schallkopf zu (Hinstrom) und vom Schallkopf weg (Rückstrom) bewegenden Strömungsanteile. Durch Aufzeichnung des Duplexbildes war die Synchronisation mit der FKDS gegeben.

Mit dem Ziel einer anschaulichen und subtilen Beurteilung der Strömung, vor allem im wandnahen Bereich der Anastomosen, wurde eine Methode zur dreidimensionalen (3D)-Darstellung der Dopplersignale entwickelt. Die herkömmliche Frequenzdichtedarstellung des Dopplersignales mit Kodierung der Amplituden der Dopplerfrequenzen durch Grauwerte ist wegen des zu geringen Auflösungsvermögens für eine genaue und vergleichende Analyse der Strömung unzureichend.

Die Frequenzanalyse des Dopplerspektrums wurde off-line mit einem PC-gekoppelten Meßsystem (MUSYCS/FAMOS, Fa. IMC Berlin) durchgeführt. Die Abtastrate betrug 50 µs. Die Dauer des Meßzyklus wurde mit 6 s so gewählt, daß sicher 5 Pulsationen erfaßt werden konnten. Im ersten Schritt wurden mit Hilfe eines digitalen Filters (Typ Butterworth, Bandpaß mit fu=700 Hz und fo=1700 Hz) die Pulsationen aus dem Schallsignal herausgefiltert (Abb. 3-23). Dadurch konnte auf die sonst notwendige EKG-Triggerung verzichtet werden. Die optimale Filtercharakteristik wurde in Vorversuchen empirisch bestimmt. Das Filter wurde nach Bestimmung von Anfangs- und Endzeitpunkt jeder Herzaktion wieder deaktiviert. Für die Frequenzanalyse wurden jeweils fünf aufeinanderfolgende Pulsationen herangezogen.

Abb. 3-23: Veranschaulichung der Filterung der Pulsationen aus dem stochastisch verteilt erscheinenden Dopplersignal. (Das Dopplersignal wurde für die Demonstration geglättet).

Jeder Pulszyklus wurde in einem automatisierten Ablauf in 20 diskrete Zeitschritte zerlegt einer Fast Fourier Transformation (FFT), separat für Hin- und Rückstrom, unterzogen (Abb. 3-24).


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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.

Die Amplitudenwerte der Einzelfrequenzen wurden in Matrixform gespeichert, um gegebenenfalls eine quantitative Auswertung zu ermöglichen.

Die FFT erzeugt anstelle eines kontinuierlichen Signals ein diskretes Spektrum. Durch die Analyse einer nichtganzen Zahl von Perioden des Ausgangssignals entsteht notwendigerweise ein Fehler. Um diesen Fehler möglichst zu verringern, erfolgte die Bewertung der Signale mit einem Hanning-Fenster. Bei einer Abtastrate von 50µs lieferte jede Aktion 20 000 Abtastwerte. Die Zerlegung in 20 Zeitabschnitte stellte damit 1000 Werte für die FFT zur Verfügung. Der Abtastsatz wurde bis zur nächstgrößeren Zweierpotenz mit Nullen aufgefüllt (2N=1024), so daß ein Spektrum mit 2(N-1)+1 Amplitudenwerten resultierte [222]. Um den Einfluß zufälliger Schwankungen zu verringern, wurden fünf Perioden gemittelt. Das Ergebnis der Mittelungen stellte eine Matrix mit 20 Spalten und 513 Zeilen, jeweils für den Hin- und Rückstrom, dar. Die Spalten repräsentieren hierbei jeweils den 20. Teil der Kreislaufperiode und die Zeilen standen für die zugehörigen Frequenzen im Bereich von 0 bis 4 kHz.

Die Visualisierung der Matrizen erfolgte als 3D-Darstellung mit der Software IDL 4.0 (Interactive Data Language, Research Systems, Boulder CO, USA). Jeweils benachbarte Amplitudenwerte der entsprechenden Matrix wurden verbunden und die so erhaltene Oberfläche schattiert dargestellt. Die für beide Stromrichtungen gewonnenen Spektren wurden an der 126. Zeile abgeschnitten, da nur bei wenigen Matritzen Frequenzen oberhalb 1 kHz auftraten. Der dadurch entstandene Informationsverlust war angesichts einer höheren Auflösung in der übergroßen Mehrzahl der Fälle tolerabel. Die Spektren für beide Stromrichtungen wurden dann zusammengefügt, indem die Matrix für den Hinstrom an der 125. Zeile gespiegelt wurde. Bei unveränderter Spaltenanordnung


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enthielt die neue, gemeinsame Matrix in den Zeilen 1 bis 125 die gespiegelte Hinstrom- und in den Zeilen 126 bis 250 die entsprechend verschobene Rückstrom-Matrix. Das Vorgehen zur Erzeugung der 3D-Darstellung der Dopplerspektren wird in Abb. 3-25 veranschaulicht.

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.

Die unterbrochene, diagonale Linie 1 von links oben nach rechts unten verbindet die beiden Ursprungsmatritzen. Sie repräsentiert die Frequenz Null. Die Frequenz steigt, ausgehend von dieser Linie, bis auf 1 kHz an, wobei die Pfeilrichtung 2 den Hin- und die Pfeilrichtung 3 den Rückstrom markiert. Eine einheitliche Skalierung dieser Achse ist infolge der Zusammenfassung beider Strömungsbilder nicht möglich. Aufgrund des Doppler-Prinzips gibt diese Frequenz unmittelbar die Geschwindigkeit der Teilchen (in diesem Fall Sephadexpartikel) wieder. Daher ist eine rasche Orientierung über die auftretenden Geschwindigkeiten in Hin- und Rückstromrichtung möglich. Der Pfeil 4 zeigt in aufsteigender Spaltennummer der Matrix (0 bis 19) den zeitlichen Verlauf der Kreislaufaktion. Der Pfeil 5 zeigt die Amplitude an, also die Intensität der Frequenz zum entsprechenden Zeitpunkt. Die Intensität der jeweiligen Frequenz im Spektrum ist um so höher, je mehr Partikel sich mit der entsprechenden Geschwindigkeit bewegen. Die Höhe des im Bild erkennbaren „Gebirges“ widerspiegelt unmittelbar die Anzahl der Teilchen pro Geschwindigkeit und Zeitpunkt.


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2.3 Prospektive klinische Studie zur Anwendung der FCPP-Anastomose

2.3.1 Studiendesign und Zielstellung

Ausgehend von den experimentell gewonnenen Erkenntnissen über die hämodynamischen Vorteile der FCPP-Anastomose, wurde diese Anastomosenform im Rahmen einer monozentrischen prospektiven klinischen Studie angewendet. Die Zielstellung dieser Studie bestand darin, die Durchführbarkeit der Anastomosentechnik und die Bypassfunktion bei Anwendung dieser Anastomosentechnik zu bewerten. Die Einbeziehung von Patienten in die Studie erfolgte bei Vorliegen eines entsprechenden Votums der Ethikkommission der Charité und nach schriftlichem Einverständnis des Patienten.

2.3.1.1 Zielkriterien

Die Hauptzielkriterien der Studie waren die POR, die SOR und der Erhalt der amputationsbedrohten Extremität.

Als POR wurde der zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhandene Anteil von Rekonstruktionen mit ununterbrochener Bypassfunktion bis zum Auftreten eines Verschlusses definiert, ohne daß operative oder andere interventionelle Eingriffe am Bypass erforderlich waren. Die SOR wurde in analoger Weise als Anteil offener Bypassrekonstruktionen definiert, wobei alle operativen oder interventionellen Maßnahmen, die zur Erhaltung oder Wiederherstellung der Bypassfunktion erforderlich wurden, zugelassen waren. Für die POR war damit die Zeitdauer bis zum ersten, für die SOR die Zeitdauer bis zum definitiven Bypassverschluß relevant. Die Erhaltung einer Extremität bedeutete, daß weder eine Ober- noch eine Unterschenkelamputation vorgenommen werden mußte und daß, mindestens im Sinne der Statik, ein funktionsfähiger Anteil des Fußes erhalten blieb.

Nebenzielkriterien waren die Überlebensrate der Patienten und Komplikationen des Verfahrens unter besonderer Berücksichtigung der Protheseninfektion.

2.3.2 Patienten

2.3.2.1 Einschlußkriterien

Folgende Einschlußkriterien wurden für die Studie definiert:

Insbesondere kamen für diese Studie somit Patienten nach bereits mehrfach stattgehabten gefäßchirurgischen Operationen zur Revaskularisation der supra- und infragenualen arteriellen Strombahn in Betracht.

2.3.2.2 Ausschlußkriterien

Außer der Nichterfüllung der Einschlußkriterien wurden die folgenden Ausschlußkriterien für die Studie definiert:

2.3.2.3 Präoperative Diagnostik

Die ausführliche präoperative klinische Untersuchung der Patienten beinhaltete den kompletten Pulsstatus sowie die bilaterale Doppler-Druckmessung mit Berechnung des Knöchel-Arm-Index. In allen Fällen wurde präoperativ eine intraarterielle digitale Subtraktionsangiographie (DSA) durchgeführt. Im Ergebnis der DSA-Untersuchungen wurden die Verhältnisse des peripheren arteriellen Abstroms (run-off) beurteilt. Kriterien waren die Anzahl offener Unterschenkelarterien und die Intaktheit der Fußbogenarterien. Im Verlauf der Studie wuchs die Erfahrung mit der FKDS bei der paVK. Da die Sensitivität der FKDS zum Nachweis noch vorhandener offener Unterschenkelarterien höher ist als die der DSA [192,244], wurde diese Methode mit zunehmender Erfahrungen zusätzlich präoperativ eingesetzt.


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2.3.2.4 Operationsmethode

Das operative Vorgehen zur Anlage eines femorodistalen Prothesenbypass war wie folgt festgelegt: Die Operation erfolgte in Intubationsnarkose. Es wurden ausschließlich ringverstärkte ePTFE-Prothesen mit einem Durchmesser von 5 mm (Fa. Impra/C.R. Bard Inc., Tempe, AZ, USA) als Bypass verwendet. Beginnend mit Patient Nr. 44 der Studie, wurden, seit deren Verfügbarkeit ab diesem Zeitpunkt, ausschließlich speziell hergestellte, konische ePTFE-Ringprothesen (Fa. Impra/C.R. Bard Inc., Tempe, AZ, USA) verwendet. Diese Prothesen haben im proximalen Anteil einen Innendurchmesser von 8 mm mit konischem Verlauf von 8 mm auf 5 mm Innendurchmesser über 15 cm. Sie wurden in zwei Varianten, innen carbonisiert und innen nicht carbonisiert, eingesetzt. Die konischen Prothesen können unter der Voraussetzung eines im Mittel konstanten Blutstromvolumens in der Zeiteinheit zu einer Flußbeschleunigung im distalen Anteil der Prothese, und damit auch im Anastomosenbereich, führen, wodurch eine Frühthrombose oder die Entwicklung der MIH möglicherweise limitiert werden.

Zuerst erfolgte die Darstellung der Empfängerarterie, die durch die präoperative Diagnostik als das am besten geeignete Empfängergefäß ermittelt worden war (Abb. 3-26).

Abb. 3-26: Darstellung der A. tibialis anterior, die hier chronisch degenerative Wandveränderungen aufwies, jedoch für die Anlage einer FCPP-Anastomose geeignet war.

Wenn die A. poplitea im Segment III offen war und mindestens eine Unterschenkelarterie direkt perfundierte, wurde ein femoropoplitealer infragenualer Bypass angelegt. Bei Verschluß der A. poplitea oder von deren Anschlußsegmenten zu den cruralen Arterien kam ein femorocruraler Bypass zur Anwendung.

Die proximale Anastomose wurde bei allen Patienten latero-terminal zwischen der entsprechenden


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Spenderaterie und der ePTFE-Prothese angelegt. Dazu wurde nach infrainguinaler Inzision die Femoralisgabel dargestellt. Spenderarterie war in der Regel die A. femoralis communis. Bei stattgehabten Voroperationen und bereits vorhandener proximaler Anastomose eines verschlossenen früheren Bypass mit der A. femoralis communis wurde die A. iliaca externa oder die proximale A. femoralis superficialis als Spendergefäß gewählt.

Die distale Anastomose wurde als FCPP-Anastomose hergestellt. Dazu wurde die Prothese am distalen Ende durch die Anlage des gabelförmigen Patches vorbereitet. Hierzu erfolgte zunächst die Anlage einer termino-lateralen Anastomose der ePTFE-Ringprothese mit einem Prothesensegment von ca. 6 bis 8 cm Länge, um das die Ringprothese zuvor gekürzt und von dem die Ringverstärkung entfernt worden war (Abb. 3-27a). Die Anastomose zwischen der Ringprothese und dem e-PTFE-Segment wurde dabei ebenfalls als Gabelform durch symmetrische bilaterale Inzision des distalen Prothesenendes hergestellt (Abb. 3-7, 3-27b). Der Anastomosenwinkel betrug annähernd 90°.

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).

Aus dem distalen ePTFE-Segment mit einem Durchmesser von 5 mm wurde danach der gabelförmige Patch geschnitten (Abb. 3-28).


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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).

Wenn eine intraoperative Messung des peripheren Widerstandes erfolgte, konnte, je nach den ermittelten Werten für den proximalen und distalen peripheren Widerstand, die Adaptation der Anastomosenform durch deren entsprechende Formgebung erreicht werden (s. Abschnitt 3.2.1., Abb. 3-8 und 3-9). Eine systematische Messung, die eine Datenanalyse zulassen würde, wurde jedoch in dieser prospektiven Studie noch nicht vorgenommen.

Es erfolgte dann die extraanatomische Implantation der ePTFE-Ringprothese, so daß die Prothese in ihrer gesamten Länge subcutan und durch den Drehpunkt für die Beugung im Kniegelenk verlief (Abb. 3-29).

Abb. 3-29: Beispiel für die extraanatomische Prothesenführung eines femorofibularen ePTFE-Prothesenbypass mit distaler FCPP-Anastomose.

Nun wurde temporär eine systemische Heparinisierung des Patienten in voller Dosis (300 mg pro


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kg Körpergewicht i.v.) vorgenommen.

Die Anlage der distalen Anastomose zwischen der FCPP-Prothese und der Empfängerarterie wurde unter Verwendung einer Lupenbrille (Panorama-Gesichtsfeld, 4,5-fache Vergrößerung) ausgeführt. Die Arterie wurde proximal und distal temporär mittels Yassargil-Clips okkludiert und längs inzidiert. Sämtliche Seitenäste der Arterie im Bereich der Arteriotomie wurden ebenfalls mittels Yassargil-Clips okkludiert. Die Naht wurde an den Scheitelpunkten der Patchprothese begonnen und dann jeweils in fortlaufender Nahttechnik (Prolene 6x0 oder 7x0) ausgeführt. Die Abbildung 3-30 a-d veranschaulicht das Vorgehen.

Abb. 3-30 a-d: Nahttechnik bei Anlage der termino-lateralen FCPP-Anastomose.

Zunächst wurde die Hinterwandnaht zwischen dem proximalen Anteil der Empfängerarterie und dem Patch hergestellt. Die Naht wurde um die proximale Ecke herumgeführt, wonach die Vorderwand des proximalen Anastomosenanteils genäht und beide Fäden an der Vorderwand geknotet wurden (Abb. 3-30c). In analoger Weise wurde die Anastomose zwischen dem distalen Anteil der Empfängerarterie und dem ePTFE-Patch hergestellt (Abb. 3-30d).

Die Länge der Arteriotomie wurde hierbei optimal an die Länge des Patches angepaßt, da mit


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fortschreitender Naht eine sehr genaue Einschätzung der erforderlichen Länge möglich war.

2.3.2.5 Postoperative Diagnostik

Alle Patienten wurden im Rahmen eines klinischen Protokolls Nachuntersuchungen unterzogen, deren Art und Zeitpunkt wie folgt festgelegt waren.

Postoperativ erfolgte die Kontrolle der Bypassfunktion während des stationären Aufenthaltes klinisch durch die Erhebung des Pulsstatus und die Doppler-Druckmessung mit Bestimmung des Knöchel-Arm-Index [162]. Wenn keine Kontraindikation bestand, wurde die Kontrolle mittels DSA vorgenommen, wobei insbesondere die proximale und distale Anastomosenregion in mehreren Ebenen zur Darstellung kamen. Diese Untersuchung wurde vor Beginn der medikamentösen Einstellung auf Antikoagulantien, zwischen dem 2. und 5. postoperativen Tag, durchgeführt. Als nichtinvasives Kontrollverfahren wurde die FKDS eingesetzt, die postoperativ vor der Entlassung des Patienten aus der stationären Behandlung durchgeführt wurde.

Nach Entlassung aus der stationären Behandlung wurden die Patienten regelmäßig ambulanten Kontrolluntersuchungen unterzogen. Die erste Untersuchungen erfolgte nach 6 Wochen. Danach wurden die Patienten im ersten Jahr alle 3 Monate und in den folgenden Jahren alle 6 Monate einer Kontrolldiagnostik unterzogen. Gegenstand dieser Untersuchungen waren neben der Anamnese des Patienten dessen klinischer Status sowie eine FKDS. Ziel dieser Langzeit-Kontrolluntersuchung war die Überprüfung der Bypass-Funktion. Kriterien für die Offenheit einer Bypass-Rekonstruktion waren das Vorhandensein von entsprechenden Fußpulsen, die Persistenz eines signifikanten Doppler-Druckanstieges gegenüber der präoperativen Situation (d.h. Erhöhung des Knöchel-Arm-Index um mehr als 0,15) und die Darstellung des Blutflusses im Bypass einschließlich der distalen Anastomose mittels FKDS. Eine DSA wurde nur im Falle eines nicht eindeutigen Ergebnisses der klinischen oder sonographischen Diagnostik und bei offenem Bypass jährlich vorgenommen. Die Patienten wurden darüberhinaus nach entsprechender Instruktion aufgefordert, sich bei jeglichen selbst festgestellten Veränderungen der Beindurchblutung in der gefäßchirurgischen Ambulanz unserer Klinik vorzustellen.

2.3.2.6 Vorgehen bei Komplikationen

Wenn durch die Kontrolldiagnostik während des postoperativen Verlaufes Befunde erhoben wurden, die eine Komplikation anzeigten oder in Kürze erwarten ließen, wurde die Indikation zur Revision gestellt. Als Komplikation in diesem Sinne waren die folgenden Befunde definiert:

Bei Eintritt des Verschlusses binnen 24 Stunden vor der Befunderhebung wurde dieser als akut, ansonsten als subakut bewertet. Als chronisch hingegen galt ein Bypassverschluß, der länger als 14 Tage bestand. Ausschlaggebend für diese Einteilung war die Anamnese des Patienten.

Kontraindikationen zur Revision waren die Ablehnung der Operation durch den Patienten, seine nicht gegebene Operationsfähigkeit oder die drohende Protheseninfektion.

Der thrombotische Bypassverschluß wurde mittels Thrombektomie, in Ausnahmefällen auch kombiniert mit einer intraarteriellen rt-PA-Lysetherapie, behandelt. Bei Verdacht auf Protheseninfektion erfolgte keine Thrombektomie. Okklusive Läsionen des arteriellen Einstrombereiches wurden mittels PTA oder durch adäquate konventionelle gefäßchirurgische Maßnahmen behandelt. Gegebenenfalls erfolgte die proximale Verlängerung des ePTFE-Prothesenbypass. Bei Wund- oder Protheseninfektion ohne systemische Manifestation und offenem Bypass erfolgte die chirurgische Therapie mit dem Versuch der Sanierung der Infektion. Wenn dies mißlang oder ein Bypassverschluß vorlag, wurde die Explantation der ePTFE-Prothese vorgenommen.

2.3.3 Datenanalyse

Prospektiv wurden für jeden Patienten die folgenden Daten erfaßt und in dem Datenbanksystem Microsoft-Access (Microsoft Office 97, Microsoft) gespeichert: Namenscode, Geburtsdatum, Alter, Geschlecht, Operationsdatum, klinisches Stadium der paVK, run-off-Status, Voroperationen, Risikofaktoren (Diabetes mellitus, arterielle Hypertonie, Nikotinkonsum, koronare Herzkrankheit), Empfängerarterie, funktioneller Status des Bypass am Ende des Beobachtungszeitraumes (offen oder verschlossen), Amputationen im Extremitätenbereich, Überleben des Patienten, Besonderheiten des klinischen Verlaufes.

2.3.3.1 Statistik

Für die Berechnung der POR und SOR der femorodistalen Bypassrekonstruktionen, der Überlebensrate der Patienten sowie des Extremitätenerhaltes wurde die Methode der kumulativen Überlebenswahrscheinlichkeit (Produkt-Limit-Methode) nach Kaplan-Meier [115] verwendet. Zur Beurteilung von möglichen Einflußfaktoren auf die POR und SOR erfolgte die Faktorenanalyse mit dem Log-Rank-Test einschließlich der Varianten nach Breslow und Tarone-Ware. Die Datenanalyse erfolgte mittels des Statistik-Computerprogramms SPSS (Version 7.5.2G für Windows, SPSS Inc., Chicago, ILL, USA). Für die graphische Darstellung der kumulativen


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Wahrscheinlichkeiten für die POR und SOR, das Patientenüberleben und den Extremitätenerhalt nach Kaplan-Meier [115] wurde das Statistik-Computerprogramm S-Plus (Professional Rel. 2, MathSoft Inc., Version 4.5, Cambridge, MA, USA) verwendet. Dabei erfolgte jeweils die simultane Darstellung der kontinuierlichen Schätzung des Konfidenzintervalls.

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