Messungen der Flussgeschwindigkeit mittels Duplex-Sonografie in Arteria-carotis-Stents: Analyse der Ergebniszuverlässigkeit mit einem In-vitro-Modell und numerischer Strömungsmechanik (CFD)

Zusammenfassung

Ziel: Stents werden gegenwärtig häufig zur Behandlung von Stenosen in Karotiden eingesetzt. Zurzeit herrscht eine kontroverse Diskussion, ob die Duplex-Sonografie (DS) in gestenteten Bereichen zu hohe Werte für die Blutflussgeschwindigkeit (BFG) anzeigt. Ziel dieser Studie war die Evaluation des Effekts von Stents auf die Duplex-Sonografie (DS) in Bezug auf die BFG in künstlichen Karotiden. Dabei wurde zur Vergleichbarkeit der Ergebnisse auch die numerische Strömungsmechanik (CFD) eingesetzt. Material und Methoden: Zur Analyse der BFG mittels DS wurde ein Flussphantom mit einem konstanten Fluss (70 cm/s) aufgebaut. Als Testobjekte wurden 3 Stenttypen für die Karotiden ausgewählt. Bei allen Messreihen wurde eine Lösung aus 67 % Wasser und 33 % Glycerin als Phantomfluid verwendet. Alle BFG-Messungen wurden an der gleichen Position durchgeführt. Die experimentellen Messungen wurden ebenfalls simuliert. Alle Messungen wurden statistisch ausgewertet. Ergebnisse: Die mittels DS aufgenommenen BFG stiegen signifikant, nachdem der Palmaz-Genesis-Stent (77,6 ± 4,92 cm/s, p = 0,03) eingesetzt worden war. Ein noch höherer Anstieg der BFG war bei dem Precise-RX-Stent (80,1 ± 2,01 cm/s, p < 0,0001) zu messen. Den höchsten Anstieg verursachte der Strecker-Tantalum-Stent (85,9 ± 1,95 cm/s, p < 0,0001). Ähnliche Ergebnisse lieferten die CFD-Simulationen. Schlussfolgerung: Stents haben einen signifikanten Einfluss auf die BFG, jedoch haben sie keinen Effekt auf die DS. Entscheidender Faktor für eine Blutflussbeschleunigung ist hierbei die Materialstärke der Stents. Jeder Stenttyp benötigt daher eine eigene Grenzwerttabelle für die BFG. Ferner zeigt die Vergleichbarkeit der Ergebnisse zwischen DS und CFD, dass numerische Simulationsverfahren durchaus zur Simulation von Flussgeschwindigkeiten in gestenteten Schläuchen geeignet sind und eingesetzt werden können.

Abstract

Purpose: Stents are commonly used for the treatment of occlusive artery diseases in carotid arteries. Today, there is a controversial discussion as to whether duplex sonography (DS) displays blood velocities (BV) that are too high in stented areas. The goal of this study was to evaluate the effect of stenting on DS with respect to BV in artificial carotid arteries. The results of computational fluid dynamics (CFD) were also used for the comparison. Materials and Methods: To analyze BV using DS, a phantom with a constant flow (70 cm/s) was created. Three different types of stents for carotid arteries were selected. The phantom fluid consisted of 67 % water and 33 % glycerol. All BV measurements were carried out on the last third of the stents. Furthermore, all test runs were simulated using CFD. All measurements were statistically analyzed. Results: DS-derived BV values increased significantly after the placement of the Palmaz Genesis stent (77.6 ± 4.92 cm/sec, p = 0.03). A higher increase in BV values was registered when using the Precise RX stent (80.1 ± 2.01 cm/sec, p < 0.0001). The Strecker Tantalum stent (85.9 ± 1.95 cm/sec, p < 0.0001) generated the highest BV values. CFD simulations showed similar results. Conclusion: Stents have a significant impact on BV, but no effect on DS. The main factor of the blood flow acceleration is the material thickness of the stents. Therefore, different stents need different velocity criteria. Furthermore, the results of computational fluid dynamics prove that CFD can be used to simulate BV in stented silicone tubes.

stent - blood velocity - duplex sonography - computational fluid dynamics

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