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Wie Forscher ein biomimetisches Simulationssystem für vaskuläre Interventionen nutzen können, um hämodynamische Sensoren präzise zu kalibrieren und zu validieren

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Wie Forscher ein biomimetisches Simulationssystem für vaskuläre Interventionen nutzen können, um hämodynamische Sensoren präzise zu kalibrieren und zu validieren

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Bei der Entwicklung intelligenter medizinischer Geräte für vaskuläre Interventionen hängt ein hochwertiger hämodynamischer Sensor – unabhängig davon, ob er zur Messung von Druckparametern wie FFR/TSPG, Blutflussgeschwindigkeit, Wandschubspannung (WSS) oder Temperatur ausgelegt ist – letztendlich von einem entscheidenden Faktor ab: der Messgenauigkeit und Validierung.
Direkte Tierversuche sind oft mit hohen Kosten, schwer kontrollierbarer biologischer Variabilität und einer begrenzten Reproduzierbarkeit extremer pathologischer Wellenformen verbunden. Diese Herausforderungen können die Sensorkalibrierung für Forschungs- und Entwicklungsteams erheblich komplexer und zeitaufwendiger machen.
In diesem Zusammenhang kann ein hochrealistisches In-vitro-Simulationssystem für vaskuläre Interventionen, auch bekannt als In-vitro-Gefäßmodell, eine entscheidende Lösung zur Überwindung dieser Einschränkungen bieten.

Kernwert: Wie kann ein In-vitro-Modell für vaskuläre Interventionen die Sensortests verbessern?
Das Testen eines Sensors in einem biomimetischen Modell für vaskuläre Interventionen und einem simulierten Kreislaufsystem (MCL) bietet einzigartige Vorteile, die durch Tierversuche nur schwer zu erreichen sind.
1. Hohe anatomische Genauigkeit
Die vaskulären Interventionssimulationssysteme von Trandomed verwenden Gefäßmodelle, die im Maßstab 1:1 auf der Grundlage realer CT- oder MRT-Bilddaten von Patienten optimiert und aus Materialien wie SLA-Harz oder Silikon hergestellt werden.
Diese Modelle können die komplexen Windungen, Stenosen, Aneurysmen und andere anatomische Merkmale von Koronararterien, der Aorta und peripheren Gefäßen genau nachbilden, sodass Sensoren in realistischen geometrischen Strömungsumgebungen evaluiert werden können.
2. Anpassbarer physiologischer pulsierender Blutfluss
In Verbindung mit einem hochpräzisen hämodynamischen Kreislaufsystem kann das Modell den durch Herzkontraktion, Blutdruckwellenformen, peripheren Widerstand und Gefäßnachgiebigkeit erzeugten pulsierenden Blutfluss sowohl unter normalen physiologischen als auch unter pathologischen Bedingungen flexibel simulieren, einschließlich Zuständen, die auf dem Windkessel-Modell basieren.
Parameter wie die Herzfrequenz – zum Beispiel 72 Schläge pro Minute – und die Durchflussrate lassen sich nach Bedarf anpassen. Dies ermöglicht es Forschern, das dynamische Ansprechverhalten des Sensors unter Vorwärtsströmung, Rückströmung, Rezirkulation und turbulenten Strömungsbedingungen zu bewerten.
3. Validierung anhand von Referenzdaten
In einem In-vitro-Modell können handelsübliche hochpräzise Manometer oder Ultraschall-Durchflusssensoren in der Nähe des zu untersuchenden Sensors positioniert werden.
Das System lässt sich zudem mit Technologien wie 4D-Flow-MRT oder Particle-Image-Velocimetry (PIV) kombinieren, um zuverlässige Referenzdaten zu gewinnen. Diese Referenzmessungen können dann zur Optimierung von Sensoralgorithmen und Kalibrierungskurven genutzt werden.
4. Hochfrequente, kostengünstige Grenzwerttests
Ohne die mit Tierversuchen verbundenen biologischen Sicherheits- und ethischen Einschränkungen ermöglicht das System Hunderte wiederholbarer Experimente.
Extreme pathologische Zustände, darunter ungewöhnlich hoher Druck und schwere Stenosen, lassen sich innerhalb des Modells reproduzieren, um die Ermüdungslebensdauer, Langzeitstabilität und Driftrate des Sensors umfassend zu bewerten.
Typische Anwendungsszenarien
Sensoren können auf unserer In-vitro-Gefäßmodellplattform für folgende Anwendungen getestet werden:
1. Validierung von Funktionsparametern
Messung der fraktionellen Flussreserve (FFR)
Messung von Mikrodruckdifferenzen unter Verwendung von interventionellen oder Punktions-Mikrokathetern
2. Leistungsbewertung
Dynamisches Frequenzverhalten
Empfindlichkeit
Linearität
Validierung von Temperaturkompensationsalgorithmen
3. Simulation interventioneller Verfahren
Das System kann genutzt werden, um zu bewerten, wie sich mechanische Reibung, Biegung und Verformung auf die Signalübertragung auswirken, wenn der Sensor während der kathetergestützten Zuführung gewundene Gefäße durchläuft.