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Kristin Dietz-Laursonn
Evaluierung und Optimierung der Fragmentationseffektivität eines piezoelektrischen Stoßwellenlithotripters
Ziel dieser Dissertation ist die Optimierung der Stoßwellenlithotripsie von Harnsteinen durch Erzeugung kleinerer Konkremente ohne eine Verstärkung der Nebenwirkungen. Hierzu wird zunächst eine in-vitro Steinfragmentationsumgebung entwickelt, mit der die Fragmentationseffektivität verschiedener Lithotripterschallfelder experimentell ermittelt werden kann. Die Fragmentationsumgebung besteht aus einem künstlichen Harnstein, der mit einer Halterung in einem Wasserbecken relativ zum Fokus des Stoßwellenlithotripters positioniert wird. Nach der Stoßwellenbehandlung werden die Fragmente mittels Siebanalyse ausgewertet.
Basierend auf Schallfeldmessungen des verwendeten Lithotripters und theoretischen Überlegungen der Fragmentationsmechanismen werden Hypothesen aufgestellt, die eine erhöhte Fragmentationseffektivität gegenüber der Standardbehandlung (Stein im Fokus des Schallwandlers) vermuten lassen. Diese Hypothesen werden durch experimentelle Untersuchungen unter Verwendung der Steinfragmentationsumgebung bestätigt.
Neben der experimentellen Umgebung wird ein Simulationsmodell zur Berechnung der Fragmentationseffektivität eines Schallfeldes erstellt. Hierfür wird das Tuler-Butcher-Bruchkriterium verwendet, dessen Materialkonstanten über experimentelle Untersuchungen bestimmt werden. Für den Großteil der untersuchten Schallfelder kann eine gute Korrelation zwischen experimentellen und simulativen Ergebnissen festgestellt werden. Da das Simulationsmodell jedoch nicht abschließend validiert werden kann, wird es nicht für weitere Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit genutzt. Als ein Hauptproblem wird der signifikante Einfluss der Kavitation auf den Unterdruckanteil der Stoßwellen vermutet, der in der Simulation nur ungenügend berücksichtigt werden kann.
Basierend auf Schallfeldmessungen des verwendeten Lithotripters und theoretischen Überlegungen der Fragmentationsmechanismen werden Hypothesen aufgestellt, die eine erhöhte Fragmentationseffektivität gegenüber der Standardbehandlung (Stein im Fokus des Schallwandlers) vermuten lassen. Diese Hypothesen werden durch experimentelle Untersuchungen unter Verwendung der Steinfragmentationsumgebung bestätigt.
Neben der experimentellen Umgebung wird ein Simulationsmodell zur Berechnung der Fragmentationseffektivität eines Schallfeldes erstellt. Hierfür wird das Tuler-Butcher-Bruchkriterium verwendet, dessen Materialkonstanten über experimentelle Untersuchungen bestimmt werden. Für den Großteil der untersuchten Schallfelder kann eine gute Korrelation zwischen experimentellen und simulativen Ergebnissen festgestellt werden. Da das Simulationsmodell jedoch nicht abschließend validiert werden kann, wird es nicht für weitere Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit genutzt. Als ein Hauptproblem wird der signifikante Einfluss der Kavitation auf den Unterdruckanteil der Stoßwellen vermutet, der in der Simulation nur ungenügend berücksichtigt werden kann.
Schlagwörter: Stoßwellenlithotripsie; in-vitro; Simulation
Aachener Beiträge zur Medizintechnik
Herausgegeben von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. med. Steffen Leonhardt, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Klaus Radermacher und Univ.-Prof. Dr. med. Dipl.-Ing. Thomas Schmitz-Rode, Aachen
Band 67
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