Kavitation

  Reservoir am CVE-Kreislaufsimulator Urheberrecht: CVEAME Abbildung 1: Offenes Reservoir am CVE-Kreislaufsimulator

Hintergrund

Kavitation ist eine Ursache für Materialschädigungen an mechanischen Herzklappenprothesen und entsteht im letzten Abschnitt des Schließvorgangs der Prothese im oder direkt nach dem sogenannten Klappenschluss. Durch das abrupte Abbremsen der Schließkörper der Herzklappenprothese im Klappenschluss reißt die Fluidsäule stromauf der Prothese ab. Es kommt zu einer lokalen Druckabsenkung im Fluid, wodurch die physikalische Bindung der Gase im Fluid gelöst wird und das Gas blasenförmig austritt. Diese Kavitationsblasen haben eine extrem kurze Lebensdauer von einigen Mikro- bis Millisekunden. Beim Zerplatzen der Kavitationsblasen (Blasenkollaps) entstehenden lokal sehr hohe Drücke und führen zu sogenanntem „pitting“, einer Erosion des Prothesenmaterials und der Kontaktstelen zwischen Schließkörper und Prothesengehäuse. Das pitting findet zunächst im mikroskopischen Bereich statt. Aufgrund der permanenten Einwirkung werden die Erosionsstellen immer größer und es entstehen Kerben und Oberflächenrisse, die durch ihre Kerbwirkung und der weiterführenden Belastungen zum Versagen der Herzklappenprothesen führen können.

Ein wichtiger Aspekt bei der Prüfung mechanischer Herzklappenprothesen nach den gültigen Standards ist die Bestimmung des Kavitationsgrenzwertes, einem Maß für die Kaviationsneigung einer Herzklappenprothese.

Testverfahren

Die Bestimmung des Kavitationsgrenzwertes wird im CVE-Kreislaufsimulator (Abbildung 1) durchgeführt. Dazu wir die zu prüfende Prothesen in die Mitralposition eingebaut und das flexible Vorhofmodel durch ein offenes Reservoir ersetzt. Durch das offene Reservoir ist eine zeitlich hochauflösende Dokumentation der Schließbewegung der Testprothese unter Verwendung einer High-Speed-Video Kamera möglich. Bei einer Aufnahmefrequenz von 18.000 fps und mehr können die Kavitationsblasen sichtbar gemacht werden (Abbildung 2). Die gleichzeitige Aufnahme des Ventrikeldrucks dient der Bestimmung des Kavitationsgrenzwertes.

Der Kavitationsgrenzwert ist gleich die linksventrikuläre Druckanstiegsgeschwindigkeit vor Klappenschluss, bei dem gerade noch Kavitation auftritt.

  Kavitationsblasen an einer Herzklappe Urheberrecht: CVEAME Abbildung 2: Kavitationsblasen auf der stromauf gerichteten Seite einer Mitralklappenprothese; aufgenommen im CVE-Kreislaufsimulator