DE10051103A1 - Verfahren zu Schallemissionsanalyse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schallemissionsanalyse bei künstlichen Herzklappen, insbesondere zur Diagnose von Thrombenbesatz. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit dem charakteristische Schallemissionseigenschaften mechanischer Herzklappen untersucht und mit dem Rückschlüsse auf die Fluss- und Strömungsverhältnisse an der Klappe sowie deren möglichen Thrombenbesatz gewonnen werden können, wird dadurch gelöst, daß die Schallemission von implantierten Herzklappen mit der Schallemission archivierter Herzklappenmuster ohne Thrombenbesatz verglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schallemissions­ analyse bei künstlichen Herzklappen gemäß Anspruch 1.

Mechanische Herzklappenprothesen werden für lebenslangen Einsatz implantiert. Dabei ist die Bluttraumatisierung dieser Implantate das bis heute noch nicht vollständig gelöste Problem, wobei neben Oberflächeneinflüssen durch das körper­ fremde Material vor allem unphysiologische Strömungsverhält­ nisse mit hohen örtlichen Schubspannungen für die Blutschä­ digung verantwortlich gemacht werden.

Diese mechanischen Kräfte schädigen die Korpuskel des Blutes, wobei die Zerstörung der Erythrozyten (Hämolyse) und die Aktivierung oder Zerstörung der Thrombozyten von besonderer Bedeutung sind. Die Beanspruchung der Blutkorpuskel kann u. U. zu erhöhter Hämolyse und Aktivierung der Gerinnungskaskade mit dem Ergebnis von Thrombenbildung führen. Thromben können sich an Bauteile anlagern und damit deren Funktion gefährden.

Abgelöste Thromben stören die Blutzirkulation und können zu Embolien in lebenswichtigen Organen führen. Diese Gefahr besteht besonders bei längerzeitigen Anwendungen wie im Falle von Herzklappenprothesen, bei denen ein Kompromiß zwischen der notwendigen medikamentösen Antikoagulation und der Blutungs­ neigung gefunden werden muß.

Verstärkte Thrombenbildung bindet darüber hinaus Gerinnungs­ potential, so daß die Blutungsneigung erhöht wird.

Patienten mit mechanischen Herzklappen unterliegen einer permanenten Marcumarisierung. Die Bestimmung des Gerinnungs­ wertes erfolgt entweder durch den Arzt oder selbst durch Entnahme von Blut (meist am Finger).

Aufgrund der oben beschriebenen Sachverhalte der lokalen Bluttraumatisierung an der Klappe ist dieser Wert jedoch nicht in jedem Fall hinreichend repräsentativ für den Zustand der Klappe.

In Langzeitstudien wurde ermittelt, daß es bei Patienten mit mechanischen Herzklappen verschiedener Hersteller innerhalb eines Vergleichszeitraumes von zum Beispiel 10 Jahren in unterschiedlichen Prozentsätzen zu einem Thromboembolie­ zwischenfall kam.

Derzeit werden Patienten mit künstlichen Herzklappen in Deutschland zweimal pro Jahr routinemäßig untersucht. Die Funktion der Herzklappe wird im Regelfall sowohl mittels Echokardiographie (transthorakal sowie transösophageal) sowie mittels Doppler-Sonographie überprüft. Hierbei werden Aussagen über die Dichtheit der Klappen bzw. mechanischen Ventile gewonnen. Momentan ist es in der Routinediagnostik jedoch sehr schwierig, das durch die Klappe bedingte Thromboembolierisiko feststellen zu können bzw. sogar Ansätze eines Thromben­ besatzes an der Klappe zu sehen. Durch Ultraschall­ untersuchungen können Thromben meist erst spät diagnostiziert werden, wenn diese schon relativ groß sind. Wenn ein Thrombus an der Klappe über Ultraschall zu erkennen ist, dann kann meist schon die Einleitung einer Akut-Thrombolyse erforderlich sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit dem charakteristische Schallemissionseigenschaften mecha­ nischer Herzklappen untersucht und mit dem Rückschlüsse auf die Fluss- und Strömungsverhältnisse an der Klappe sowie deren möglichen Thrombenbesatz gewonnen werden können.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Das Verfahren zur Schallemissionsanalyse bei künstlichen Herzklappen, insbesondere zur Diagnose von Thrombenbesatz ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schall­ emission von implantierten Herzklappen mit der Schallemission archivierter Herzklappenmuster ohne Thrombenbesatz verglichen wird.

Grundlegend für die Lösung nach der Erfindung sind die Annahmen, dass eine Klappe mit Thrombenbesatz anders klingen wird als eine Klappe ohne, sowie, dass Turbulenzen infolge der Klappenanordnung/Patientenphysiologie anders klingen werden als weitgehend laminare Strömungen.

In einer Datenbank werden Schallemissionsmuster der verschie­ densten Herzklappen archiviert. Die Schallemissionsmuster von Herzklappen ohne Thrombenbesatz werden sowohl durch einen Kreislaufsimulationsprüfstand wie auch durch Aufnahme der Schallemission an Patienten gewonnen, wo durch die erst kurz zurückliegende Operation oder eine hohe medikamentöse Antikoagulation ein Thrombenbesatz sehr unwahrscheinlich ist. Hierbei müssen eine Vielzahl weiterer physiologischer Parameter (wie z. B. systolischer und diastolischer Blutdruck, Puls) sowie Größe und Position der Klappe (Tricuspidalklappe, Pulmonalklappe, Mitralklappe, Aortenklappe) berücksichtigt werden.

Es wird ein Zusammenhang zwischen den akustischen klinischen Daten und den akustischen Daten aus dem Kreislaufprüfstand hergestellt (bei unbesetzten Klappen). Die in vitro Versuche zur Thrombenentstehung mit dem Kreislaufsimulationsprüfstand werden unter kontrollierten Bedingungen bei niedriger Antikoagulation durchgeführt, so dass im Vergleich zu in vivo Experimenten beschleunigte Thrombenentstehung an den Klappen kontrolliert herbeigeführt werden kann.

Es wird des weiteren ein Zusammenhang zwischen der Schallemission "thrombenbesetzter" und "freier" Klappen im Simulator hergestellt. Unter Einbeziehung des Zusammenhanges der Schallanalyse "freier" Klappen in Patient und Simulator kann nun geschlussfolgert werden, wie "thrombenbesetzte" Klappen in vivo klingen.

Das Verfahren nach der Erfindung erfordert hardwareseitig ein einfaches akustisches System und ist leicht in die Routinediagnostik zu integrieren.

Die erforderlichen Aufnahmesysteme sind vergleichsweise einfach und kostengünstig, z. B. elektronische Stethoskope, mit welchem der betreuende Arzt den Klappenschall in einen PC aufnehmen kann.

Die Auswertung dieser Daten erfolgt über ein zentrales, ggf. online verfügbares Expert-System, was einen einheitlichen und stetig wachsenden Datenbestand und damit verbunden eine Präzisierung und Sicherheit der Auswertung zur Folge hat. Ein solches System könnte dahingehend weiterentwickelt werden, dass durch Schallanalyse des Blutstromes in vivo auf patientenspezifische Turbulenzen an den Klappen geschlossen wird, was von vornherein ein erhöhtes Thromboembolierisiko für den Patienten darstellt. Diese Aussagen könnten von vornherein Einfluss auf die Einstellung seiner medikamentösen Gerinnungs­ hemmung haben.

Die charakteristischen Schallemissionseigenschaften mecha­ nischer Herzklappen können zum Beispiel durch FFT oder Wavelet-Analyse gewonnen werden.

Das Verfahren nach der Erfindung wird in einem Ausführungs­ beispiel näher erläutert.

Der Arzt nimmt den Herzklappenschall über ein elektronisches Stethoskop auf, welches direkt mittels einer A/D-Karte (Soundkarte) mit einem PC oder Notebook verbunden ist. Ebenfalls wird parallel über diese A/D-Karte ein dreikanaliges EKG des Patienten mitgeschrieben. EKG- und Schalldaten werden in eine Datei eines speziellen Formates geschrieben.

Diese Datei schickt der Arzt zum Beispiel via Internet an einen Server, auf welchem die Expert-Software installiert ist. Ein einheitliches Expert-System mit stetig wachsendem Datenbestand macht die Auswertung standardisiert und objektiv, die Struktur eines neuronalen Netzes steigert die Präzisierung und Sicherheit der Auswertung mit jedem einzelnen Befund.

Anschließend wird dem Arzt der Befund automatisch zum Beispiel via email sowie einige Tage später im Original übermittelt.

Auf diese Weise können Mißinterpretationen durch den Arzt vermieden werden.

Die Auswertung kann manuell oder über ein automatisch analysierendes Online-System erfolgen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Schallemissionsanalyse bei künstlichen Herzklappen, insbesondere zur Diagnose von Thrombenbesatz, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallemission von implantierten Herzklappen mit der Schallemission archivierter Herzklappenmuster ohne Thrombenbesatz verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallemissionsmuster von Herzklappen ohne Thrombenbesatz durch einen Kreislaufsimulations­ prüfstand und/oder durch Aufnahme der Schallemission an Patienten mit frisch implantierten Herzklappen ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Aufnahme der Schallemissionsmuster physiologische Parameter wie systolischer und diastolischer Blutdruck, Puls und die Größe und die Position der Klappen berücksichtigt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusammenhang zwischen den akustischen klinischen Daten der Herzklappen ohne Thrombenbesatz und den akustischen Daten aus dem Kreislaufsimulationsprüfstand hergestellt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusammenhang zwischen der Schallemission thrombenfreier und thrombenbesetzter Klappen im Kreislaufsimulationsprüfstand hergestellt wird und daß dieser Zusammenhang zur Diagnose von thrombenbesetzten Klappen in vivo verwendet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallemission einer implantierten Herzklappe mit den archivierten Mustern verglichen wird, indem die Schallemission beim Patienten über ein elektronisches System wie ein elektronisches Stethoskop aufgenommen und in einen Rechner eingegeben und dort über ein zentrales Expert-System ausgewertet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Expert-System ständig durch aktuelle Analyseergebnisse und durch eine Schallanalyse des Blutstromes in vivo erweitert wird, um auf patientenspezifische Turbulenzen an den Klappen schließen zu können und um daraus eine medikamentöse Einstellung der Gerinnungshemmung ableiten zu können.