Analysis of dynamic system compliance for the therapy of Normal Pressure Hydrocephalus
Final Report Abstract
Normaldruckhydrocephalus (NPH) beschreibt eine krankhafte Erweiterung der inneren Liquorräume ohne einhergehende Erhöhung des mittleren Hirndrucks, welche in den letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen hat. Die Pathophysiologie ist nicht vollständig geklärt, jedoch ist bekannt, dass eine reduzierte kraniospinale Compliance eine wichtige Rolle bei der Entstehung spielt. Hierzu konnte in der ersten Antragsphase anhand von Simulationsmodellen gezeigt werden, dass eine veränderte dynamische Compliance das CSF System stark beeinflussen kann. Des Weiteren wurde ein neues in-vitro Modell entwickelt, mithilfe dessen alle dem Antrag zugrunde liegenden Hypothesen zur Pathogenese des Normaldruckhydrocephalus untersucht werden können und das in dieser Form einzigartig ist. Vergleiche mit physiologischen PC-MRT Flussmessungen und Literaturwerten zum Druckverlauf zeigen Übereinstimmung. Aufgrund seines modularen Aufbaus kann das Modell erweitert werden und bietet insbesondere auch die Möglichkeit neuartige Implantatkonzepte experimentell zu evaluieren. Eine direkte Volumenmessung der Ventrikelweite würde z.B. für neuartige Implantatskonzepte neue Möglichkeiten bieten. Es wurde im Rahmen des Projektes gezeigt, dass das absolute Volumen der Lateralventrikel und die kleinen Volumenänderungen, die durch Herzaktivität verursacht werden, können mittels des Bioimpedanzverfahrens erfasst werdenkönnen. Die Machbarkeit der Impedanzvolumetrie für Hirnventrikel wurde anhand diverser FEM-Modelle untersucht. Des Weiteren wurde ein Impedanzgerät entwickelt, das die Raum- und Zeitauflösungsanforderungen erfüllt. In Laborversuchen wurde das Messsystem mit Hilfe eines neuentwickelten Gehirnphantoms, das die elektrische Leitfähigkeit vom Gewebe nachbildet, validiert. Die Simulationsergebnisse und Laborversuche stimmen überein. Aus den Erkenntnissen der bisherigen Untersuchungen ergeben sich weitere Fragestellungen, die eine Anpassungsentwicklung des modularen Prüfstandes als Basis weiterer Sensitivitätsanalysen notwendig machen und die Integration der neuen Volumenmessmethode in Implantaten für die Therapie von Hydrozephalus adressiert.
Publications
- (2017): Functional modeling of the craniospinal system for in-vitro parameter studies on the pathogenesis of NPH. In: Current Directions in Biomedical Engineering 3 (2), S. 825–828
Benninghaus, Anne; Goffin, Christine; Leonhardt, Steffen; Radermacher, Klaus
(See online at https://doi.org/10.1515/cdbme-2017-0173) - (2017): The Role of a Dynamic Craniospinal Compliance in NPH - A Review and Future Challenges. In: IEEE Reviews in Biomedical Engineering, S. 310-322
Goffin, Christine; Leonhardt, Steffen and Radermacher, Klaus
(See online at https://doi.org/10.1109/RBME.2016.2620493) - (2017): „A 3D-Finite element study of a bioimpedance-based sensor to record cerebrospinal fluid pulsation”, Ninth Hydrocephalus Meeting of the ISHCSF, Kobe
Castelar, Carlos; Arslanova, Alina; Leonhardt, Steffen; Misgeld, Berno
- (2018): „Test-bench setup for bioimpedance-based monitoring of ventricular dilation”, Tenth Hydrocephalus Meeting of the ISHCSF, Bologna
Castelar, Carlos; Flürenbrock, Fabian; Benninghaus, Anne; Radermacher, Klaus; Leonhardt, Steffen
- (2019): Enhanced in vitro model of the CSF dynamics. In: Fluids and barriers of the CNS 16 (1), S. 241
Benninghaus, Anne; Balédent, Olivier; Lokossou, Armelle; Castelar, Carlos; Leonhardt, Steffen; Radermacher, Klaus
(See online at https://doi.org/10.1186/s12987-019-0131-z) - (2019): FEM simulation of bioimpedance-based monitoring of ventricular dilation and intracranial pulsation. In: International Journal of Bioelectromagnetism 21 (1), S. 7-20
Castelar, Carlos; Fluerenbrock, Fabian; Korn, Leonie and Benninghaus, Anne; Shchukin, Sergey; Radermacher, Klaus and Leonhardt, Steffen
