Flüssigkeitsbeatmung und OCT
Die Qualität bisheriger dreidimensionaler OCT-Aufnahmen von Lungengewebe wird hauptsächlich durch zwei Effekte beeinträchtigt. Zum Einen zeigt sich eine verminderte Eindringtiefe der nahinfraroten Strahlung ins Gewebe, zum Anderen erfolgt eine verfälschte Darstellung von alveolären Strukturen mit abgeflachten Wandflächen parallel zur Einstrahlrichtung aufgrund der Totalreflexion beim Übergang von Gewebe zu Luft. Aufgrund des Brechungsindexunterschiedes von Gewebe und luftgefüllten Alveolen sind die Streuverluste hoch und die Bildqualität entsprechend schlecht. Beide Effekte lassen sich jedoch mit Verwendung geeigneter Flüssigkeiten deutlich reduzieren, da der Brechungsindex in den Alveolen an den des umgebenden Gewebes angepasst werden kann, wodurch die Streuverluste stark reduziert werden können. Frühere Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe haben diesen positiven Effekt für die Bildgebung an isolierten und fixierten Kaninchenlungen gezeigt.
Vergleich zweier OCT-Querschnitte mit unterschiedlichem Atemmedium. Links: luftgefüllte Lunge, die Eindringtiefe für die Bildgebung ist auf ca. 0,2 mm begrenzt, die alveolaren Strukturen sind teilweise schwer zu erkennen. Rechts: flüssigkeitsgefüllte Lunge, die Eindringtiefe ist knapp dreifach so hoch und die Gewebestruktur tritt klarer hervor.
Experiment von Gollan und Clark im Jahr 1966; Eine Maus wird in einem Perfluorocarbon fixiert. Darüber befindet sich eine Schicht Wasser, in der Fische schwimmen. Eine Vermischung findet aufgrund der unterschiedlichen Dichte und der chemischen Inertheit des Perfluorocarbons nicht statt. Die Maus ventiliert ausschließlich PFC, nimmt den darin gebundenen Sauerstoff auf und gibt Kohlenstoffdioxid an die Flüssigkeit ab.
Das Modell der fixierten Kaninchenlunge reicht allerdings nicht aus, um dynamische Veränderungen des Lungengewebes bei der Beatmung zu untersuchen und detaillierte numerische Modelle zu erstellen. Daher wird in unserer Arbeitsgruppe ein Flüssigkeits-Beatmungsgerät entwickelt, welches es ermöglicht die Vorteile für die Bildgebung auf eine in vivo Messsituation zu übertragen. Als Atemmedium werden dabei Perfluorcarbone verwendet, mit deren Hilfe der Transport der lebenswichtigen Atemgase Sauerstoff und Kohlendioxid in die Lunge hinein und aus der Lunge heraus realisiert werden kann. Das Konzept der Flüssigkeitsbeatmung ist seit 50 Jahren bekannt und wurde stetig weiterentwickelt, allerdings hat sich die klinische Anwendung aufgrund des hohen technischen Aufwandes und der weitgehend unerforschten Wechselwirkung der flüssigen Atemmedien mit dem menschlichen Organismus nie umfassend durchgesetzt. Allerdings wird die Flüssigkeitsbeatmung in einigen Kliniken der Neonathologie als Spezialanwendung eingesetzt. Neben der verbesserten Bildgebung für die OCT soll sich dieses Projekt auch mit weiterführenden medizinischen Fragestellungen der Flüssigkeitsbeatmung, wie Medikamententransport und Entzündungshemmung, beschäftigen.
Förderung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG - KO 1814/6-1 und 6-2)
Kooperationen
Prof. Dr. Wolfgang Kübler, St. Michael's Hospital Toronto
Dr. Hannah Nickles, Institut für Physiologie, Charité - Universitätsmedizin Berlin
Kontakt
© Julia Walther, KSM
Herr Dr. rer. medic. Christian Schnabel
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Klinisches Sensoring und Monitoring
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