Till innehåll på sidan
Till KTH:s startsida

Electroosmosis Based Treatment Approach for Cerebral Edema

Tid: Må 2021-09-20 kl 10.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/j/66651867507, Huddinge (English)

Ämnesområde: Teknik och hälsa

Respondent: Teng Wang , Neuronik

Opponent: Professor Tiit Illimar Mathiesen, University of Copenhagen

Handledare: Universitetslektor Xiaogai Li, Neuronik; Professor Svein Kleiven, Neuronik

Exportera till kalender

Abstract

Cerebralt ödem som kännetecknas av en onormal ackumulering av överskott av vätska i deintracellulära eller extracellulära utrymmena har hittills inte behandlats effektivt. Ökningen avvattenhalten i det extracellulära utrymmet kan leda till förhöjt intrakraniellt tryck (ICP) medpotentiellt skadlig påverkan om det inte behandlas effektivt. Hyperosmotisk terapi betraktas som enfarmakologisk grundsten för behandling av cerebralt ödem genom att det suger ut vätska frånhjärnan in i kärlsystemet med en osmotisk gradient. Vanliga biverkningar är minskadhjärnperfusion och njursvikt. För allvarliga cerebrala ödem anses dekompressiv kraniektomi (DC)vara en sista utväg för att snabbt minska förhöjt ICP, även om hjärnvävnad som deformerar vid detexpanderade området har föreslagits bidra till ogynnsamt patientresultat, vegetativt tillstånd och tilloch med dödsfall. Därför är cerebral ödembehandling fortfarande en svår uppgift och nyainnovativa behandlingar ska sökas för att förbättra terapins effektivitet.  

Den aktuella avhandlingen försökte utveckla en ny metod för ödembehandling för att driva vätskan iödemet ur hjärnvävnaden genom att applicera en extern likström genom att utnyttja hjärnanselektroosmotiska egenskap. Med tanke på fördelen med finite element (FE) -metoden för atthantera komplexa geometrier och lösa patialdifferentialekvationer inom neurovetenskap, användsen FE-huvudmodell för att utforska elektriskt fält, strömtäthet och elektroosmotiskt flöde (EOF)över hjärnan under elektroosmosbaserad behandling med likström. 

Den elektroosmosbaserade behandlingen föreslås först och beskrivs sedan systematiskt via enbaslinjehuvudmodell i den första studien. Det är verifierat att det föreslagna tillvägagångssättet medlikström möjliggör lindring av hjärnödem inom det kritiska tidsfönstret, i vilket överflödig vätskadrivs från målregionen till Subarachnoidala Sinus (SAS) längs riktningen för elektrisk strömflödefrån anod till katod. Eftersom fiberarkitekturen för vit materia (WM) underlättar elektriskströmflöde parallellt med den huvudsakliga fiberriktningen än vinkelrät riktning, används trerepresentativa anisotropa konduktivitetsalgoritmer för att bygga en anisotrop WM vilket jämförsmed isotropisk WM i den andra studien. Resultaten visar att graden av EOF-hastighetsvariationkorrelerar med graden av det anisotropa förhållandet mellan WM-regionerna och riktningen förEOF för anisotropa modeller tenderar att avvika från dess isotropiskt definierade vägar för att rörasig längs den principiella fiberriktningen, vilket antyder att anisotrop WM bör införlivas i FEmodeller för mer tillförlitlig förutsägelse av elektriskt fält och EOF inuti hjärnan. I den tredjestudien verifieras ytterligare förmågan hos elektroosmosbaserad behandling för att lindra denonormala vätskeansamlingen för tre patientspecifika huvudmodeller med olika typer av ödem. Denkvantitativa analysen visar att den elektroosmosbaserade behandlingen uppnår en minskning avöverskottet av vätska med 1,8 ml för en patient med diffus ödem (DE), 2,4 ml för en patient medlokaliserat ödem (LE) och 0,7 ml för en patient med expanderat ödem (EE) per timme, vilketindikerar att den uppskattade behandlingstiden är cirka 15 timmar för DE, 2 timmar för LErespektive 26 timmar för EE. I den fjärde studien undersöks tillämpningen av elektroosmosbaserad behandling i olika åldersgrupper, och resultaten visar att anatomisk struktur (t.ex. fontanel,hjärnvolym, hjärnatrofi pga. ålder) påverkar EOF-fördelningen och strömtätheten över hjärnansignifikant, vilket tyder på att acceptabel behandlingsdos bör justeras för olika åldersgrupper för atthålla sig inom säkerhetsområdet. Den slutliga studien syftar till att undersöka möjligheten attkonfigurera det föreslagna tillvägagångssättet som ett komplement till hyperosmotisk behandlingför hjärnödem. Genom redesign av elektrodkonfiguration förbättrar den elektroosmosbaseradebehandlingen EOF-fokalitet med en minskad potentiell effekt på normala hjärnregioner ochriktning som gör att vätskan från ödemregionen kan dras in i omgivande vävnader där den kanabsorberas av en större volym vävnad genom hyperosmotisk terapi.Sammanfattningsvis beskriver denna avhandling en ny metod för ödembehandling för att lindraden onormala ackumuleringen av vätska i hjärnvävnaden genom att applicera en extern likström,och sedan demonstreras dess kapacitet genom simuleringar med FE-huvudmodeller.Förhoppningen är att denna forskning kan ge ett värdefullt och varaktigt bidrag tillhjärnödembehandling i framtiden.  

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-300213