Fluidodinamica biomedica computazionale del flusso sanguigno in presenza di affezioni strumentali e/o patologiche

La tesi di Dottorato studia il flusso sanguigno tramite un codice agli elementi finiti (COMSOL Multiphysics). Nell’arteria è presente un catetere Doppler (in posizione concentrica o decentrata rispetto all’asse di simmetria) o di stenosi di varia forma ed estensione. Le arterie sono solidi cilindrici rigidi, elastici o iperelastici. Le arterie hanno diametri di 6 mm, 5 mm, 4 mm e 2 mm. Il flusso ematico è in regime laminare stazionario e transitorio, ed il sangue è un fluido non-Newtoniano di Casson, modificato secondo la formulazione di Gonzales & Moraga. Le analisi numeriche sono realizzate in domini tridimensionali e bidimensionali, in quest’ultimo caso analizzando l’interazione fluido-strutturale. Nei casi tridimensionali, le arterie (simulazioni fluidodinamiche) sono infinitamente rigide: ricavato il campo di pressione si procede quindi all’analisi strutturale, per determinare le variazioni di sezione e la permanenza del disturbo sul flusso. La portata sanguigna è determinata nei casi tridimensionali con catetere individuando tre valori (massimo, minimo e medio); mentre per i casi 2D e tridimensionali con arterie stenotiche la legge di pressione riproduce l’impulso ematico. La mesh è triangolare (2D) o tetraedrica (3D), infittita alla parete ed a valle dell’ostacolo, per catturare le ricircolazioni. Alla tesi sono allegate due appendici, che studiano con codici CFD la trasmissione del calore in microcanali e l’ evaporazione di gocce d’acqua in sistemi non confinati. La fluidodinamica nei microcanali è analoga all’emodinamica nei capillari. Il metodo Euleriano-Lagrangiano (simulazioni dell’evaporazione) schematizza la natura mista del sangue. La parte inerente ai microcanali analizza il transitorio a seguito dell’applicazione di un flusso termico variabile nel tempo, variando velocità in ingresso e dimensioni del microcanale. L’indagine sull’evaporazione di gocce è un’analisi parametrica in 3D, che esamina il peso del singolo parametro (temperatura esterna, diametro iniziale, umidità relativa, velocità iniziale, coefficiente di diffusione) per individuare quello che influenza maggiormente il fenomeno.

Psychophysische Skalierung visueller Merkmalssalienz

Die Messung der Stärke von Empfindungen hat in der Psychologie eine lange Tradition, die bis in die Zeit der Entstehung der Psychologie als eine eigenständige Wissenschaft gegen Ende des 19. Jahrhunderts zurückreicht. Gustav Theodor Fechner verband die Beobachtung Webers der Konstanz des Koeffizienten des eben merklichen Unterschieds zu der Vergleichsintensität (sog. "Weber-Quotient") mit der Annahme einer sensorischen Schwelle, und entwickelte daraus erstmals eine Skala für die Stärke von Empfindungen. Die Fechner-Skala verwendet die Anzahl sukzessiver Schwellenschritte als natürliche, psychologische Einheit. Die Stärke einer Empfindung für eine gegebene Reizintensität wird ausgedrückt als die Anzahl von Schwellenschritten, die man gehen muss, um von keiner Empfindung bis zur in Frage stehenden Empfindung zu gelangen. Die Funktion, die den Zusammenhang von Reizintensität und der Anzahl nötiger Schwellenschritte beschreibt, ist stets logarithmisch und über sukzessive Schwellenmessungen für Reize aus den verschiedensten Sinnesmodalitäten bestimmbar. Derart sich ergebende Skalierungen heißen "indirekt", weil die in Frage stehende Reizintensität selbst nicht von der Urteilsperson bewertet wird. Intensitäten sind vom Urteiler nur mit anderen Intensitäten in Bezug auf ein "stärker" oder "schwächer", also ordinal, zu vergleichen. Indirekte Skalierungsmethoden eignen sich insbesondere, wenn der Reizeindruck flüchtig und von der absoluten Stärke her schwer durch den Urteiler zu quantifizieren ist. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Auffälligkeit (Salienz) von visuellen Objekten, die in zufällig wechselnde Hintergründe eingebettet sind und dem Betrachter nur als ein rasches raumzeitliches Aufblitzen präsentiert werden. Die Stärke des Unterschieds in Merkmalen wie Helligkeit, Farbe, Orientierung, Schattierung, Form, Krümmung, oder Bewegung bestimmt das Ausmaß der Salienz von Objekten. Obschon eine Fülle von Arbeiten existiert zu der Frage, welche Merkmale und deren Kombinationen ohne Wissen des Ortes ihrer Präsentation automatisch starke Salienz ("Pop-Out") erzeugen, existieren bislang keine systematischen Versuche, die Salienz von Merkmalen für einen weiten Bereich von Merkmalsunterschieden zu erfassen und vergleichbar zu machen. Indirekte Skalierungen liegen vor für die Merkmale Kontrast (Legge und Foley, 1980) und Orientierung (Motoyoshi und Nishida, 2001). Ein Vergleich der Salienz über mehrere Merkmale und der Nachweis, dass die Salienz eine eigene, von der Merkmalsdimension unabhängige sensorische Qualität ist, steht aber bislang aus. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass der Unterschied von Objekten zur einbettenden Umgebung hinsichtlich visueller Merkmale zu Salienz führt und diese Salienz unabhängig von dem sie erzeugenden Merkmal der Stärke nach skalierbar ist. Es wird ferner gezeigt, dass die Einheiten der für zwei Merkmale erhobenen indirekten Skalierungsfunktionen in einem absoluten Sinne gleich sind, solange sichergestellt ist, dass (i) keine alternativen Hinweisreize existieren und nur der reine Merkmalsunterschied von Objekt und Umgebung bewertet wird und (ii) das sensorische Rauschen in den aktivierten Merkmalskanälen für beide Merkmale gleich ist. Für diesen Aufweis wurden exemplarisch die Merkmale Orientierung und Ortsfrequenz ausgewählt und die Salienz ihrer Merkmalskontraste über Naka-Rushton-Funktionen, gewonnen aus den zugrundeliegenden Salienz-Inkrementschwellenmessungen, indirekt skaliert. Für das Merkmal Ortsfrequenz liegt hiermit erstmals eine indirekte Skalierung vor. Hierfür musste eine spezielle Messtechnik entwickelt werden, die die Bewertung reiner Ortsfrequenzunterschiede, frei von konfundierenden absoluten Ausprägungen der Ortsfrequenzen, sicherstellt. Die Methode ist in Kapitel 7 dargestellt. Experimente, die die konfundierende Wirkung absoluter Merkmalsausprägungen auf die Salienzmessung demonstrieren, sind in Kapitel 6 dargestellt. In Kapitel 8 findet sich ein empirischer Abgleich der Ergebnisse von Inkrement- und Dekrementschwellenmessungen, eine Messtechnik, die zur Erfassung von Unterschiedsschwellen im Extrembereich der Orientierungsunterschiede von 90° nötig ist. Kapitel 9 enthält den empirischen Aufweis der Transitivität der Gleichheitsrelation für Salienzmessungen von Orientierung und Ortsfrequenz durch Abgleich mit einem dritten Merkmal und erbringt damit den Beleg der merkmalsunabhängigen Erfassung von Auffälligkeit über die indirekte Skalierungsmethodik. Ferner wird dort die Wirksamkeit der Grundsalienz von Mustern, gegeben über externes Rauschen in den Merkmalen (sog. "Merkmalsjitter") für die Verschiebung des Nullpunktes der Skalierungsfunktion aufgezeigt. Im letzten Experiment (Kapitel 10) wird dann die Skalierung von Orientierung und Ortsfrequenz bei gleicher Grundsalienz der Muster verglichen und gezeigt, dass beide Skalen in einem absoluten Sinne gleiche Einheiten aufweisen (also gleiche Skalenzahlen gleiche sensorische Auffälligkeiten anzeigen, obwohl sie von verschiedenen Merkmalen stammen), wenn der Effekt des sensorischen Rauschens, der im Merkmal Orientierung nicht über die verschiedenen Schwellenschritte konstant ist, kompensiert wird. Die Inkonstanz des Effektes des sensorischen Rauschens im Merkmal Orientierung wird über die Veränderung der Steigung der psychometrischen Präferenzfunktion für die Vergleichsurteile der Orientierungssalienz für eine fest vorgegebene Ortsfrequenzsalienz greifbar, und der Effekt der Steigungsveränderung kompensiert exakt die Nichtlinearität in der für beide Merkmale erhobenen Salienz-Matchingfunktion. Im letzten Kapitel wird ein Ausblick auf eine mögliche Modellierung der Salienzfunktionen über klassische Multikanal-Feedforwardmodelle gegeben. In den ersten fünf Kapiteln sind einführend die Gebiete der indirekten Skalierung, der Merkmalssalienz und der Texturtrennung im menschlichen visuellen System dargestellt.

Koronarintervention bei Hauptstammstenosen

In dieser Dissertation wurden die Daten von Patienten ausgewertet, die im Zeitraum vom 01. April 2004 bis zum 31. Mai 2005 an der Universitätsklinik Mainz eine Koronarintervention am Hauptstamm erhielten. Insgesamt wurde in dieser Zeit bei 73 Patienten (53 Männer und 20 Frauen) eine Hauptstammintervention durchgeführt. Das sind 6 % aller in diesem Zeitraum durchgeführten Interventionen. Es wurden sowohl Akutinterventionen als auch elektive Interventionen untersucht. Das Altersspektrum der Patienten reichte von 39- 87 Jahren. Die linksventrikuläre Ejektionsfraktion betrug im Mittel 55%. Es lag bei zwei Patienten eine 1- Gefäß-, bei 16 Patienten eine 2-Gefäß- und bei 55 Patienten eine 3-Gefäßerkrankung vor. Zehn Patienten hatten einen geschützten Hauptstamm. Bei 38 Patienten (52%) lag eine Hauptstammbifurkationsstenose vor. In der Regel bekamen alle Patienten ASS und Clopidogrel zu Weiterführung der Antikoagulation nach dem Krankenhausaufenthalt verordnet. Nur bei drei Patienten wurde von diesem Schema abgewichen, da sie aufgrund von mechanischen Herzklappenprothesen Marcumar erhielten. Bei 72 von 73 behandelten Patienten konnte die LCA-Stenose mittels der Hauptstammintervention auf einen Stenosegrad unter 30% reduziert werden. Die Intervention war also in 99% der Patienten primär erfolgreich. Ein Follow-up liegt von 69 der 73 Patienten vor. Bei 52 Patienten liegt eine Kontrollangiographie vor und bei 21 Patienten liegt keine vor (zehn verstorbene Patienten, sieben Patienten mit nicht invasiver Kontrolle, vier Patienten ohne Follow-up). Im Kontrollzeitraum wurde bei 38 Patienten (52% des Gesamtkollektivs) keine erneute Intervention notwendig, sie erlitten keine Komplikationen und zeigten ein gutes Langzeitergebnis. Bei 29 der 66 Patienten, die das Krankenhaus lebend verließen, traten Spätkomplikationen auf und/oder es wurde eine Reintervention am Zielgefäß oder Nichtzielgefäß notwendig. Der durchschnittliche Restenosegrad des Zielgefäßes bei den Patienten, die eine invasive Kontrolle hatten, belief sich auf 24%. Eine Rezidivstenose, definitionsgemäß eine Restenose >50%, lag bei elf Patienten vor. Zu den frühen Komplikationen, die während der Intervention oder des Krankenhausaufenthaltes auftraten, zählten sieben Todesfälle, eine SAT und zehn Blutungsereignisse. Zu den Komplikationen, die während der Langzeitbeobachtung auftraten, gehörten fünf weitere Todesfälle (vier nicht kardial bedingt, einer kardial bedingt), ein Apoplex, eine SAT, vier Bypass-Operationen, drei NSTEMI und vier instabile AP. Insgesamt traten an Komplikationen Tod (12 Patienten), Apoplex (1 Patient), SAT (2 Patienten), Bypass-Operationen (4 Patienten), NSTEMI (3 Patienten), Blutungen (10 Patienten) und instabile Angina pectoris (4 Patienten) auf. Eine Reintervention des Zielgefäßes wurde bei 19 % und eine des Nichtzielgefäßes bei 18 % der Patienten durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Primärerfolg der Hauptstammstentimplantation insbesondere bei elektiven Patienten, die eine gute Intermediärprognose haben, groß ist und die Intervention mit geringen Komplikationen verbunden ist.

Efficacia e complicanze durante la curva di apprendimento della Thulep: risultati a breve e medio termine delle prime 48 procedure

MATERIALI E METODI: Tra il 2012 e il 2013, abbiamo analizzato in uno studio prospettico i dati di 48 pazienti sottoposti a ThuLEP con approccio autodidatta. I pazienti sono stati rivalutati a 3, 6, 12 e 24 mesi con la valutazione del PSA, il residuo post-minzionale (RPM), l'uroflussometria (Qmax), l'ecografia transrettale e questionari validati (IPSS: international prostate symptom score e QoL: quality of life) RISULTATI: Il volume medio della prostata è di 63 ± 5,3 ml. Il tempo operatorio medio è stato di 127,58 ± 28.50 minuti. Il peso medio del tessuto asportato è stato di 30,40 ± 13,90 gr. A 6 mesi dopo l'intervento l'RPM medio è diminuito da 165,13 ± 80,15 ml a 7,78 ± 29.19 ml, mentre il Qmax medio è aumentato da 5.75 ± 1.67ml / s a 18.1 ± 5.27 ml / s. I valori medi dei IPSS e QoL hanno dimostrato un progressivo miglioramento: da 19.15 (IQR: 2-31) e 4 (IQR: 1-6) nel preoperatorio a 6.04 (IQR: 1-20) e 1.13 (IQR: 1-4), rispettivamente. Durante la curva di apprendimento si è assistito ad un progressivo aumento del peso del tessuto enucleato e ad una progressiva riduzione del tempo di ospedalizzazione e di cateterismo. Tra le principali complicanze ricordiamo un tasso di incontinenza transitoria del 12,5% a 3 mesi e del 2.1% a 12 mesi. CONCLUSIONI: ThuLEP rappresenta una tecnica chirurgica efficace, sicura e riproducibile indipendentemente dalle dimensioni della prostata. I nostri dati suggeriscono che la ThuLEP offre un miglioramento significativo dei parametri funzionali comparabili con le tecniche tradizionali, nonostante una lunga curva di apprendimento.

Ventricular enlargement due to acute hypernatremia in a patient with a ventriculoperitoneal shunt

Patients requiring CSF shunts frequently have comorbidities that can influence water and electrolyte balances. The authors report on a case involving a ventriculoperitoneal shunt in a patient who underwent intravenous hyperhydration and withdrawal of vasopressin substitution prior to scheduled high-dose chemotherapy regimen for a metastatic suprasellar germinoma. After acute neurological deterioration, the patient underwent CT scanning that demonstrated ventriculomegaly. A shunt tap revealed no flow and negative opening pressure. Due to suspicion of proximal shunt malfunction, the comatose patient underwent immediate surgical exploration of the ventricle catheter, which was found to be patent. However, acute severe hypernatremia was diagnosed during the procedure. After correction of the electrolyte disturbances, the patient regained consciousness and made a good recovery. Although rare, the effects of acute severe hypernatremia on brain volume and ventricular size should be considered in the differential diagnosis of ventriculoperitoneal shunt failure.

Ultrasound-guided thoracic paravertebral puncture and placement of catheters in human cadavers: where do catheters go?

Paravertebral regional anaesthesia is used to treat pain after several surgical procedures. This study aimed to improve on our first published ultrasound-guided approach to the paravertebral space (PVS) and to investigate a possible discrepancy between the needle, catheter, and contrast dye position.

Hemodynamic parameters change earlier than tissue oxygen tension in hemorrhage

BACKGROUND: Untreated hypovolemia results in impaired outcome. This study tests our hypothesis whether general hemodynamic parameters detect acute blood loss earlier than monitoring parameters of regional tissue beds. MATERIALS AND METHODS: Eight pigs (23-25 kg) were anesthetized and mechanically ventilated. A pulmonary artery catheter and an arterial catheter were inserted. Tissue oxygen tension was measured with Clark-type electrodes in the jejunal and colonic wall, in the liver, and subcutaneously. Jejunal microcirculation was assessed by laser Doppler flowmetry (LDF). Intravascular volume was optimized using difference in pulse pressure (dPP) to keep dPP below 13%. Sixty minutes after preparation, baseline measurements were taken. At first, 5% of total blood volume was withdrawn, followed by another 5% increment, and then in 10% increments until death. RESULTS: After withdrawal of 5% of estimated blood volume, dPP increased from 6.1% +/- 3.0% to 20.8% +/- 2.7% (P < 0.01). Mean arterial pressure (MAP), mean pulmonary artery pressure (PAP) and pulmonary artery occlusion pressure (PAOP) decreased with a blood loss of 10% (P < 0.01). Cardiac output (CO) changed after a blood loss of 20% (P < 0.05). Tissue oxygen tension in central organs, and blood flow in the jejunal muscularis decreased (P < 0.05) after a blood loss of 20%. Tissue oxygen tension in the skin, and jejunal mucosa blood flow decreased (P < 0.05) after a blood loss of 40% and 50%, respectively. CONCLUSIONS: In this hemorrhagic pig model systemic hemodynamic parameters were more sensitive to detect acute hypovolemia than tissue oxygen tension measurements or jejunal LDF measurements. Acute blood loss was detected first by dPP.

Comparison of calibrated and uncalibrated arterial pressure-based cardiac output monitors during orthotopic liver transplantation

Arterial pressure-based cardiac output monitors (APCOs) are increasingly used as alternatives to thermodilution. Validation of these evolving technologies in high-risk surgery is still ongoing. In liver transplantation, FloTrac-Vigileo (Edwards Lifesciences) has limited correlation with thermodilution, whereas LiDCO Plus (LiDCO Ltd.) has not been tested intraoperatively. Our goal was to directly compare the 2 proprietary APCO algorithms as alternatives to pulmonary artery catheter thermodilution in orthotopic liver transplantation (OLT). The cardiac index (CI) was measured simultaneously in 20 OLT patients at prospectively defined surgical landmarks with the LiDCO Plus monitor (CI(L)) and the FloTrac-Vigileo monitor (CI(V)). LiDCO Plus was calibrated according to the manufacturer's instructions. FloTrac-Vigileo did not require calibration. The reference CI was derived from pulmonary artery catheter intermittent thermodilution (CI(TD)). CI(V)-CI(TD) bias ranged from -1.38 (95% confidence interval = -2.02 to -0.75 L/minute/m(2), P = 0.02) to -2.51 L/minute/m(2) (95% confidence interval = -3.36 to -1.65 L/minute/m(2), P < 0.001), and CI(L)-CI(TD) bias ranged from -0.65 (95% confidence interval = -1.29 to -0.01 L/minute/m(2), P = 0.047) to -1.48 L/minute/m(2) (95% confidence interval = -2.37 to -0.60 L/minute/m(2), P < 0.01). For both APCOs, bias to CI(TD) was correlated with the systemic vascular resistance index, with a stronger dependence for FloTrac-Vigileo. The capability of the APCOs for tracking changes in CI(TD) was assessed with a 4-quadrant plot for directional changes and with receiver operating characteristic curves for specificity and sensitivity. The performance of both APCOs was poor in detecting increases and fair in detecting decreases in CI(TD). In conclusion, the calibrated and uncalibrated APCOs perform differently during OLT. Although the calibrated APCO is less influenced by changes in the systemic vascular resistance, neither device can be used interchangeably with thermodilution to monitor cardiac output during liver transplantation.

Vertebral body stenting: a new method for vertebral augmentation versus kyphoplasty

Vertebroplasty and kyphoplasty are well-established minimally invasive treatment options for compression fractures of osteoporotic vertebral bodies. Possible procedural disadvantages, however, include incomplete fracture reduction or a significant loss of reduction after balloon tamp deflation, prior to cement injection. A new procedure called "vertebral body stenting" (VBS) was tested in vitro and compared to kyphoplasty. VBS uses a specially designed catheter-mounted stent which can be implanted and expanded inside the vertebral body. As much as 24 fresh frozen human cadaveric vertebral bodies (T11-L5) were utilized. After creating typical compression fractures, the vertebral bodies were reduced by kyphoplasty (n = 12) or by VBS (n = 12) and then stabilized with PMMA bone cement. Each step of the procedure was performed under fluoroscopic control and analysed quantitatively. Finally, static and dynamic biomechanical tests were performed. A complete initial reduction of the fractured vertebral body height was achieved by both systems. There was a significant loss of reduction after balloon deflation in kyphoplasty compared to VBS, and a significant total height gain by VBS (mean +/- SD in %, p < 0.05, demonstrated by: anterior height loss after deflation in relation to preoperative height [kyphoplasty: 11.7 +/- 6.2; VBS: 3.7 +/- 3.8], and total anterior height gain [kyphoplasty: 8.0 +/- 9.4; VBS: 13.3 +/- 7.6]). Biomechanical tests showed no significant stiffness and failure load differences between systems. VBS is an innovative technique which allows for the possibly complete reduction of vertebral compression fractures and helps maintain the restored height by means of a stent. The height loss after balloon deflation is significantly decreased by using VBS compared to kyphoplasty, thus offering a new promising option for vertebral augmentation.

Effects of thoracic epidural analgesia on lower urinary tract function in women

The need for an indwelling transurethral catheter in patients with postoperative thoracic epidural analgesia (TEA) is a matter of controversy. Subjective observations are ambivalent and the literature addressing this issue is scarce. As segmental blockade can be achieved with epidural analgesia, we hypothesized that analgesia within segments T4-T11 has no or minimal influence on lower urinary tract function. Thus, we evaluated the effect of TEA on lower urinary tract function by urodynamic studies.

Stitched to the heart--till intervention do us part

The case report describes the situation where a venous infusion catheter was inadvertently stitched to the lateral wall of the right atrium during valve replacement. A dual percutaneous approach was used to first sever the catheter at the suture and then remove both ends safely. The risk of tearing the suture which would have resulted in tamponade had to be avoided.

Loss of pace capture on the ablation line: a new marker for complete radiofrequency lesions to achieve pulmonary vein isolation

Catheter ablation procedures for atrial fibrillation (AF) often involve circumferential antral isolation of pulmonary veins (PV). Inability to reliably identify conduction gaps on the ablation line necessitates placing additional lesions within the intended lesion set.

Atrial fibrillation in congestive heart failure

Atrial fibrillation (AF) and heart failure (HF) are common and interrelated conditions, each promoting the other, and both associated with increased mortality. HF leads to structural and electrical atrial remodeling, thus creating the basis for the development and perpetuation of AF; and AF may lead to hemodynamic deterioration and the development of tachycardia-mediated cardiomyopathy. Stroke prevention by antithrombotic therapy is crucial in patients with AF and HF. Of the 2 principal therapeutic strategies to treat AF, rate control and rhythm control, neither has been shown to be superior to the other in terms of survival, despite better survival in patients with sinus rhythm compared with those in AF. Antiarrhythmic drug toxicity and poor efficacy are concerns. Catheter ablation of AF can establish sinus rhythm without the risks of antiarrhythmic drug therapy, but has important procedural risks, and data from randomized trials showing a survival benefit of this treatment strategy are still lacking. In intractable cases, ablation of the atrioventricular junction and placement of a permanent pacemaker is a treatment alternative; and biventricular pacing may prevent or reduce the negative consequences of chronic right ventricular pacing.

"Device landing zone" calcification, assessed by MSCT, as a predictive factor for pacemaker implantation after TAVI

After trans-catheter aortic valve implantation (TAVI), the need for postinterventional pacemaker (PM) implantation can occur in as many as 10-50% of cases, but it is not yet clear, how this need can be predicted. The aim of this study was to assess the possible predictive factors of post TAVI PM implantation based on Computed Tomography (CT) measured aortic valve calcification and its distribution.

Laboratory based investigations for diagnosing gastroesophageal reflux disease

Gastroesophageal reflux disease (GERD) still remains the most common out- GI-related condition in the out-patient setting. While primary care physicians often use empiric trials with proton pump inhibitors (PPI trial) to diagnose GERD, often specialised tests are required to confirm or exclude gastroesophageal reflux causing esophageal or extraesophageal symptoms. The most commonly used procedures to diagnose GERD include: conventional (catheter based) pH monitoring, wireless esophageal pH monitoring (Bravo), bilirubin monitoring (Bilitec), and combined multichannel intraluminal impedance-pH monitoring (MII-pH). Each technique has strengths and limitations of which clinicians and investigators should be aware when deciding which one to choose.