Inhaltszusammenfassung:
Bei der Verwendung von extrakorporalen Oxygenierungssystemen kommt es leider häufig zu der noch nicht vollständig in ihrer Genese verstandenen Komplikation der Oxygenatorthrombose (Doyle & Hunt, 2018; ELSO, January 2017). Trotz aller Fortschritte bei der Entwicklung von neuen Systemen und Optimierung der Blutgerinnung ist diese häufig nicht sicher mit klinischen Mitteln vorherseh- bzw. feststellbar (Evans et al., 2017; Panigada et al., 2015), so dass im Zweifelsfall ein Wechsel des Oxygenators erforderlich wird. Bisher gibt es noch keine Möglichkeit, eine Bildgebung bei laufender Anwendung des Gerätes durchzuführen, um Klarheit über die zuvor genannte Gerinnungsproblematik zu gewinnen. Eine solche Bildgebung könnte im Bedarfsfall bei der klinischen Entscheidungsfindung helfen und bei einfacher Wiederhol- und Anwendbarkeit auch zum Screening genutzt werden. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde daher ein theoretisches Konzept der Bildgebung technisch umgesetzt und am Oxygenatorenmodell getestet. Die Bildgebung beruht auf der Laserfluoreszenz des Farbstoffes Indocyaningrün, der günstige optische Eigenschaften für die Darstellung besitzt und ein in der Klinik etabliertes Diagnostikum mit breitem Anwendungsspektrum bei einem sehr geringen Maß an Nebenwirkungen ist (DiagnosticGreen; Müller et al., 2013). Zur Erzeugung der Bilder wird das den Oxygenator durchströmende Blut angefärbt und in der einsehbaren Kammer mittels Laserstrahlung zur Fluoreszenz angeregt. Diese wird von einer Kamera in Echtzeit aufgenommen. Liegt zum Zeitpunkt der Farbstoffpassage eine Thrombose vor, kommt es zu einer lokalen Veränderung der Fluoreszenz, da diese ein lokales Flusshindernis darstellt. Dadurch liegt an der betreffenden Stelle weniger Fluoreszenzfarbstoff vor, was zu einer örtlichen Hypofluoreszenz führt. Außerdem kommt es durch das Passagehindernis zu einem veränderten Fluss des Farbstoffes durch die Kammer. Diese Veränderungen lassen sich aus den Aufnahmen ablesen und zeigen so das Vorliegen von Thromben an. In der Literatur konnten keine anderen Arbeiten gefunden werden, die diese Form der Bildgebung für die vorgenannte Fragestellung verwendet. Innerhalb dieser Arbeit soll diese anhand eines Miniaturmodells auf ihre Funktionalität überprüft werden. Als Oxygenatorenmodell wurde ein Kreislaufsystem mit Rollerpumpe und verschiedenen Zu- und Abflussmöglichkeiten zur Umleitung des Blutstromes verwendet. Die Oxygenatorkammern wurden aus Plastikpolymer gefräst, schichtweise mit Polymethylpentenmembranen gefüllt und mit einem dünnen Acrylglasdeckel verschlossen. Durch das System wurde frisch entnommenes Blut gepumpt, bis sich Anzeichen eines erschwerten Flusses zeigten. Daraufhin erfolgte die Gabe von Indocyaningrün als Bolus. Parallel dazu lief eine Fluoreszenzvideoaufnahme, und das Kammerareal wurde durch einen Laser ausgeleuchtet. Der Laserstrahl wurde mit einem Linsensystem auf die gesamte Kammerfläche ausgeweitet und das reflektiertes Laserlicht mittels eines Bandpass-filters vor der Kamera gefiltert, so dass es zu einer reinen Fluoreszenzdarstellung des angefärbten Blutes kam. Nach Abschluss der Aufnahmen wurde der Blutstrom im Kreislaufsystem gestoppt und eine Spülung mit 0,9% NaCl-Lösung durchgeführt, um weitgehend Gerinnungsprozesse in der Kammer zu unterbinden. Anschließend wurden die Kammern ausgebaut und jede eingelegte Membran schichtweise seziert sowie fotodokumentiert. Danach folgte ein Abgleich der Sektion mit den Fluoreszenzaufnahmen. Um die letzteren einheitlich auszuwerten, wurde eine Fluoreszenzmusteranalyse entwickelt, bei der verschiedene klar abgrenzbare Bildmuster beim An- und Abfluten des Farb-stoffes definiert und in ihrer Genese erklärt wurden. Dabei wurden sowohl durch Thromben verursachte hypofluoreszente Areale als auch die durch erstere hervorgerufenen Strömungsänderungen des Farbstoffes beim Kammerdurchfluss berücksichtigt. In einem letzten Teil wurden die Aufnahmen exemplarisch mittels der Bildbearbeitungssoftware FIJI intensitätscodiert dargestellt, um weitere prospektive Möglichkeiten der computergestützten Präsentation und Datenanalyse aufzuzeigen. In allen Kammersystemen konnte im Versuchsablauf eine Thrombose variabler Ausprägung induziert und im Anschluss durch Sektion bestätigt werden. Für jede der Kammern wurde auch erfolgreich eine Fluoreszenzvideoaufzeichnung erstellt. Das Verfahren der Kammersektion erwies sich aber aufgrund verschiedener Faktoren als suboptimal. Insbesondere die Latenz bis zur Unterbrechung der Gerinnung durch den Spülprozess stellte ein größeres Problem dar. Die Befunde der Sektion korrelierten teilweise mit den Fluoreszenzaufnahmen, einzelne Strukturen konnten ab einer gewissen Größe oder bei spezifischer Form auf den Aufnahmen zugeordnet werden. Eine eindeutige Bestimmung aller gefundenen Veränderungen war jedoch nicht möglich. Als Flusshindernisse konnten nahezu immer Thromben und nur in zwei Fällen auch Luftblasen als Ursache identifiziert werden. In der Bildgebung zeigten sich neben der durch Thromben verursachten Hypofluoreszenz auch die durch sie hervorgerufenen Veränderungen der Farbstoffströmung durch die Kammer. Durch die direkten und indirekten Einflüsse der Thromben auf die Bildgebung ließen sich alle thrombosierten Kammern eindeutig als solche identifizieren. Insgesamt hatte die Thrombosierung den gewünscht starken Effekt auf die Bildgebung, um klare Aussagen über deren Vorhandensein treffen zu können. Ein unerwarteter Fund war die nach der Farbstoffpassage in manchen Kammerarealen verbleibende Restfluoreszenz, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf das schnelle Wachstum der Thromben während der Farbstoffpassage zurückzuführen ist, wodurch Farbstoff in den wachsenden Thrombus inkorporiert wurde. Die Qualität der Aufnahmen war zufriedenstellend, es konnten auch kleinere Ereignisse klar auf den Fluoreszenzaufnahmen dargestellt werden. Um eine einheitliche Auswertung zu ermöglichen, wurde im Anschluss die Fluoreszenzmusteranalyse entwickelt und verschiedene Muster mit Wiedererkennungswert definiert, die sich klar und deutlich voneinander abgrenzen lassen. Zusätzlich wurden auch die jedem Muster zugrundeliegenden Kammerprozesse genauer erläutert. Schließlich wurde eine Kammeraufnahme mit Hilfe der Software FIJI bearbeitet, um den Nutzen einer computergestützten Auswertung zu verdeutlichen. Hierbei werden die verschiedenen Helligkeitsstufen im Bild, die der jeweiligen örtlichen Intensität der Fluoreszenz entsprechen, in Höhe und Farbe codiert dargestellt, um eine übersichtlichere Dar-stellung zu erhalten. Auch wenn es bei der Datentransformation zu einem gewissen Informationsverlust kam, blieben die zur Beantwortung der initialen Fragestellung relevanten Informationen erhalten. Das Grundprinzip der Methode konnte am Modell bestätigt und als zur Beantwortung der Fragestellung geeignet nachgewiesen werden. Die Steuerung der Bildgebungseinheit gestaltete sich einfach, so dass Bilder in guter Qualität generiert werden konnten. Die Bildgebung liefert aber kein exaktes Abbild vom Kammerinnenraum, da nicht nur die Thromben selbst, sondern auch die durch sie hervorgerufenen Flussveränderungen das Fluoreszenzbild beeinflussen. Dies erweitert jedoch die Bildgebung um eine weitere funktionelle Komponente für die Analyse, da nicht nur das eigentliche Hindernis, sondern auch seine Auswirkungen auf das Flussgesehen in der Kammer erfasst werden. In allen untersuchten Messkammern führte eine Thrombosierung zu deutlich sichtbaren Veränderungen im Bild, die vor allem im Abgleich mit einer nicht betroffenen Kammer offensichtlich werden. Unter Berücksichtigung der aufgeführten möglichen prospektiven Schritte stellt diese neue Methode einen interessanten und vielversprechenden Ansatz zur Detektion von Thrombosen in Oxygenatoren dar und könnte bei der Entscheidung helfen, ob innerhalb dessen eine Thrombose vorliegt und die Flusseigenschaften beeinträchtigt.
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