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Untersuchung der kraniospinalen Liquordynamik zur Therapie des Normaldruckhydrocephalus = Investigation of the craniospinal fluid dynamics for the therapy of normal pressure hydrocephalus
2024 & 2025
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2025
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-06-03
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-00457
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1002301/files/1002301.pdf
Einrichtungen
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
CSF Dynamik (frei) ; compliance (frei) ; in vitro modelling (frei) ; normal pressure hydrocephalus (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Der Normaldruckhydrocephalus (NPH, engl. normal pressure hydrocephalus) ist eine Erkrankung des zentralen Nervensystems bei der sich überschüssige Flüssigkeit in den Hirnventrikel sammelt, ohne dass der mittlere intrakranielle Druck ansteigt. Die Pathogenese der Erkrankung ist noch weitestgehend unbekannt. Es ist jedoch davon auszugehen, dass eine Störung der kraniospinalen Liquordynamik vorliegt. Aufbauend auf Vorarbeiten am Lehrstuhl für Medizintechnik war das Ziel der vorliegenden Arbeit, die zuvor im Rahmen von in silico Simulationen untersuchten Ausgangs-Hypothesen zur Pathogenese des NPH durch eine weitergehende Analyse und Modellierung der komplexen pathophysiologischen Wechselwirkungen zu vervollständigen und im Rahmen experimenteller in vitro Untersuchungen anhand von Sensitivitätsanalysen zu überprüfen. Das im Rahmen der Arbeit entwickelte Modell basiert auf vier Haupthypothesen, die von Stenosen und viskoelastischen Veränderungen des Spinalkanals bis zu Änderungen der Blutdynamik und deren Einflüsse auf die Fluiddynamik reichen. Hierbei stehen insbesondere die Auswirkungen der dynamischen Compliance im Fokus. Es wurde ein Prüfstand entwickelt und anhand von Druck- und Flusswerten validiert. Die in vitro Ergebnisse der Sensitivitätsanalysen bestätigten insgesamt die aufgestellten Hypothesen und untermauerten die komplexe Verknüpfung der Parameter untereinander. Des Weiteren bestätigten sie die Hypothese, dass die dynamische Compliance als initial gestörter Parameter bei der Erkrankung des NPH gesehen werden kann. Es wurde gezeigt, dass vor allem der Spinalkanal und seine viskoelastischen Eigenschaften eine große Rolle spielen und dass pathologische oder altersbedingte spinale Änderungen für das bisher kranial fokussierte Krankheitsbild des NPH klinisch größere Beachtung finden sollten. Es wurde eine Aufteilung von NPH-Betroffenen in Patientengruppen anhand der in vitro Ergebnisse vorgeschlagen. Die erste Patientengruppe weist eine verringerte kraniale Compliance auf, die zweite besitzt eine eingeschränkte dynamische spinale Compliance und die dritte hat eine gestörte Resorption. Dieser Klassifizierungsvorschlag muss klinisch weitergehend untersucht werden. Im Rahmen der Arbeit wurden darüber hinaus weitere Fragen zur Pathogenese des idiopathischen NPH eingegrenzt. Insbesondere die Überprüfung der Hypothesen zur Resorption und zur zerebralen Kapillardehnung erfordern weiterführende histologische, modellgestützte (in silico und in vitro) und klinische Untersuchungen.Normal pressure hydrocephalus (NPH) is a disease of the central nervous system in which excess fluid accumulates in the ventricles of the brain without an increase in mean intracranial pressure. The pathogenesis of the disease is still largely unknown. However, it can be assumed that a disturbance of the CSF dynamics is present. Based on preliminary work at the Department of Medical Engineering, the aim of the present work was to complete the initial hypotheses on the pathogenesis of NPH previously investigated in the context of in-silico simulations by further analysis and modeling of the complex pathophysiological interactions and to verify them in the context of experimental in-vitro investigations using sensitivity analyses. The in vitro model developed in this work is based on four main hypotheses ranging from stenoses and viscoelastic changes of the spinal canal to changes in blood dynamics and their influences on fluid dynamics. In particular, the focus is on the effects of dynamic compliance. A test bench was developed and validated using pressure and flow values. Overall, the in vitro results of the sensitivity analyses confirmed the hypotheses established and substantiated the complex interrelationship of the parameters. Furthermore, the experimental study results confirmed the hypothesis that dynamic compliance can be seen as an initially disturbed parameter in NPH pathology. It was shown that especially the spinal canal and its viscoelastic properties play a major role and that pathological or age-related spinal changes should receive greater clinical attention for the previously cranially focused clinical picture of NPH. A division of NPH patients into patient groups based on in vitro results is proposed. The first patient group has decreased cranial compliance, the second has impaired dynamic spinal compliance, and the third has impaired resorption. This proposed classification needs further clinical investigation. The work also included delineating further questions regarding the pathogenesis of idiopathic NPH. In particular, testing the hypotheses on resorption and cerebral capillary dilation require further histological, experimental (in silico and in vitro), and clinical investigations.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT030942363
Interne Identnummern
RWTH-2025-00457
Datensatz-ID: 1002301
Beteiligte Länder
Germany
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