Hochauflösende Harnröhrendruck-Profilometrie

Bearbeiter Dipl.-Ing. Mario Klünder

Projektpartner Projektpartner in der KFO273
Projektstatus Abgeschlossen Ende Juni 2015

 

 

Beschreibung

Harninkontinenz führt bereits in geringem Ausmaß zu sozialen, in größeren Mengen sogar zu gesundheitlichen Problemen. Pro Jahr entstehen in Deutschland schätzungsweise allein durch Behelfsmittel Kosten von über einer halben Milliarde Euro. Durch den demografischen Wandel sind immer mehr Menschen von Harninkontinenz betroffen. Eine häufige Ursache ist die im Alter zunehmende Degeneration des Schließmuskelkomplexes. Konventionelle Behandlungsmethoden wie beispielsweise medikamentöse Behandlung oder Schlingen-/Bandoperationen können diese Ursache jedoch nicht beheben.

Zusammen mit der Universität Tübingen wird an einer neuen Therapie zur Regeneration des Schließmuskels durch körpereigene Stammzellen geforscht. Die gewünschte Therapiewirkung ist also eine insgesamt höhere und bessere Krafteinwirkung des Sphinkters auf die Harnröhre. Zur Ermittelung des Therapieerfolgs ist eine Kenntnis der Kraftverteilung um die Harnröhre notwendig. Zudem muss ermittelt werden, wo eine Schwächung des Schließmuskels vorliegt, um die Stammzellen an den richtigen Stellen applizieren zu können. Dazu wird das Druckprofil in der Harnröhre durch einen speziellen Katheter gemessen. Aufgrund verschiedener Artefakte sind solche Messungen bisher nur eingeschränkt verwertbar. Hustet der Patient beispielsweise während der Messung, erzeugt dies einen starken Ausschlag in den aufgezeichneten Daten. Außerdem ist patientenübergreifend kein einheitlicher Zusammenhang zwischen gemessenen Drücken und der Kontinenz bekannt. Zudem wird das von außen vom Schließmuskel auf die Harnröhre aufgebrachte Druckprofil durch die Harnröhre verändert. Daher soll aus dem innen gemessenen Druckprofil der von außen vom Schließmuskel aufgebrachte Druck durch ein mathematisches Modell rekonstruiert werden. Die Modellgenerierung und -validierung erfolgt zunächst an einem Versuchsstand, später am Schweinemodell.

Zur Datenerfassung wird der Prototyp für einen neuartigen Urokatheter verwendet, der über deutlich mehr Drucksensoren als im klinischen Einsatz befindliche Katheter verfügt. Durch die höhere räumliche Auflösung wird eine präzisere Erfassung der Druckprofils in der Harnröhre ermöglicht (High-Definition Urethral Pressure Profilometry, HD-UPP). Zudem ist dieser Katheter mit einem Beschleunigungssensor ausgestattet, wodurch eine räumliche Zuordnung der Messdaten ermöglicht wird. Außerdem lässt sich mit Hilfe dieser Daten die Form der Harnröhre in der Sagittalebene rekonstruieren.

 

 
Signalfluss in der HD-UDP

Rekonstruiertes Druckbild eines weiblichen Minipigs
auf der Innenseite der Harnröhre und dessen
Abbildung auf die Harnröhrengeometrie in der
Medianebene (Video).

Microtip-Katheter

 

Publikationen
Beiträge in Zeitschriften
  • M. Klünder, B. Amend, O. Sawodny, A. Stenzl, M. Ederer, A. Kelp, K.-D. Sievert & R. Feuer, “Assessing the reproducibility of high definition urethral pressure profilometry and its correlation with an air-charged system”, Neurourology and Urodynamics, pp. 1-9, 2016, doi:10.1002/nau.23115
  • M. Klünder, O. Sawodny, B. Amend, M. Ederer, A. Kelp, K.-D. Sievert, A. Stenzl & R. Feuer, “Signal processing in urodynamics: towards high definition urethral pressure profilometry”, BioMedical Engineering OnLine, 15, pp. 1-24, 2016, doi:10.1186/s12938-016-0145-6
  • M. Klünder, B. Amend, M. Vaegler, A. Kelp, R. Feuer, K.-D. Sievert, A. Stenzl, O. Sawodny & M. Ederer, “High Definition Urethral Pressure Profilometry: Evaluating a Novel Microtip Catheter”, Neurourology and Urodynamics, 2015, doi:10.1002/nau.22835
  • W. Aicher, M. Hart, J. Stallkamp, M. Klünder, M. Ederer, O. Sawodny, M. Vaegler, B. Amend, K. Sievert & A. Stenzl, “Towards a Treatment of Stress Urinary Incontinence:Application of Mesenchymal Stromal Cells for Regeneration of the Sphincter Muscle”, Journal of Clinical Medicine, pp. 197-215, 2014, doi:10.3390/jcm3010197
Konferenzbeiträge
  • M. Klünder, O. Sawodny & R. Feuer, “Increasing Spatial Resolution through Automated Catheter Rotation in High Definition Urethral Pressure Profilometry”, IEEE International Conference on Automation Science and Engineering (CASE), 2016
  • M. Klünder, R. Feuer, B. Amend, A. Kelp, A. Stenzl, K.-D. Sievert, O. Sawodny & M. Ederer, “Eliminating Pulse-Induced Artifacts in Urethral Pressure Data”, International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), Milano, Italy, 2015, pp. 2779-2783, doi:10.1109/EMBC.2015.7318968
  • M. Klünder, R. Feuer, O. Sawodny & M. Ederer, “Using Deconvolution to Determine the Sphincter Strength Distribution Around the Urethra”, IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications (MeMeA), 2015, pp. 6-11, doi:10.1109/MeMeA.2015.7145163
  • M. Klünder, O. Sawodny, R. Feuer, A. Stenzl, K.-D. Sievert, B. Amend, M. Vaegler & M. Ederer, “Sampling lattice and signal reconstruction in urodynamics”, Signal Processing (ICSP) 12th International Conference on, 2014, pp. 1790-1796, doi:10.1109/ICOSP.2014.7015302