Ein drahtloses Verfahren zur Messung der Pulswellengeschwindigkeit in einem Stent mittels passiver Sensorik

Abstract

Die Implantation von Stents ist eine häufig angewandte Therapie von arteriosklerotischen Gefäßerkrankungen. Jedoch kommt es oft innerhalb einiger Monate nach der Intervention zu einem Wiederverschluss, einer Restenose. Auch mit medikamentenfreisetzenden Stents wurde dieses Problem nicht gelöst. Einfache und zuverlässige Diagnosemethoden existieren bisher nicht. Ein in den Stent integriertes Messsystem zur Detektion von Restenosen würde die Situation der Patienten erheblich verbessern. Ziel dieser Arbeit war es zu prüfen, ob es ein technisches Konzept für ein in einen Stent integriertes System zur Bestimmung der Pulswellengeschwindigkeit (PWV) gibt, das diese Aufgabe erfüllen kann. Die PWV wurde als robuste Größe zur Evaluierung des Gefäßzustands identifiziert. Ein technisches Konzept, das auf zwei passiven Resonatoren im Stent basiert, wurde erarbeitet. Diese bestehen aus kapazitiven Drucksensoren an den Stentenden und je einer Spule. Mit einem induktiv gekoppelten Auslesegerät wird die Pulstransitdauer bestimmt. Zur Evaluierung des Konzepts wurden Mindestanforderungen für koronare und periphere Gefäße abgeleitet. Die einzelnen Komponenten wurden konzeptioniert und modelliert und ein Verfahren zur Auslegung wurde entwickelt. Messreihen mit den ausgelegten Systemen wurden simuliert und die Eigenschaften mit den Anforderungen verglichen. Ein Aufbau, der das System im Labor nachbildet, wurde erstellt. Die Simulationen der Messreihen zeigten, dass die ausgelegten Systeme die Anforderungen erfüllen. Ein Vergleich der Messungen am Versuchsstand mit Simulationsergebnissen zeigte eine gute Übereinstimmung. Das erarbeitete technische Konzept für ein implantierbares Messsystem zur Bestimmung der PWV, die Modelle und die Methode zur Auslegung konnten somit validiert werden. Einsetzbarkeit und Marktfähigkeit des Systems hängen von der Klärung offener medizinischer, fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Fragen ab.

The implantation of stents is a common treatment of arteriosclerotic vessel diseases. However, a re-occlusion, a so-called restenosis, often occurs within a few months after the intervention. Despite the development of drug-eluting stents this problem has not been solved. There are no simple and robust diagnostic methods. A sensor system for the detection of restenosis, that is integrated into the stent, would improve the patients' situation considerably. The objective of this work was to investigate if there is a technical concept of a sensor system to solve this issue. It should be integrated into the stent and obtain the pulse wave velocity (PWV), which has been identified to be a robust measure to evaluate the state of the vessel. A technical concept has been elaborated, which is based on two passive resonators in the stent. They consist of capacitive pressure sensors at the ends of the stent, each combined with a coil. By means of an inductively coupled read-out device the pulse transit time is determined. To evaluate the concept, minimum requirements for coronary and peripheral vessels have been deduced. The components have been fundamentally conceptualised and modeled. A design process has been developed. Measurement series of the designed sensor system have been simulated and the properties have been compared with the requirements. A set-up which emulates the system in the laboratory has been built. The simulated measurement series showed that the designed systems meet the requirements. A comparison of measurements at the experimental set-up and simulations showed good agreement. The developed technical concept for an implantable PWV measurement system, the models and the design process are therefore valid. Its real-world application and marketability depend on the solving of medical, economical and manufacturing issues.