Hydrodynamik mechanischer Herzklappenprothesen:
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2001
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203 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis VII
INHALTSVERZEICHNIS
1. Einleitung 1
Teil I Die medizinischen und h ydrodynamisdien Grundlagen 5
2. Physiologie des Herzens und der Blutströmung 7
2.1 Das Herz 8
2.1.1 Die Anatomie des Heizen 9
2.1.2 Der Herzzyklus 14
2.1.3 Untersuch ungendes Herzzyklus durch Abhorchen ... 19
2.1.4 Die Herzarbeit 20
2.2 Der Herzkreislauf 21
2.2.1 Der Volumeiistrom an der Aorta 23
2.2.2 Die Druckverhältnisse an der Aortenklappe 24
2.3 Herzklappenfehler (Vitien) 25
2.4 Hämatologie 27
2.4.1 Die Zusammensetzung des Blutes 28
2.4.2 Die Hämostase 30
2.4.3 Die physikalischen Eigenschaften des Blutes und die
Hämodynamik 34
2.5 Auswirkungen auf die Auswahl der in vitro Meßverfahren ... 37
3. Herzklappenprothesen 39
3.1 Biologische Herzklappenprothesen 39
3.2 Mechanische Herzklappenprothesen 42
3.3 Die untersuchten Klappentypen 44
4. Grundlagen der Hydrodynamik 47
4.1 Grundbegriffe der Hydrodynamik 47
4.1.1 Reale und ideale Flüssigkeiten 47
4.1.2 Viskosität 47
VIII Inhaltsverzeichnis 4.1.3 Kompressibilität 51
4.1.4 Laminare Strömung in einem Spalt 52
4.1.5 Laminare Strömung in einem Rohr 55
4.1.6 Ähnlichkeitsgesetze 57
4.2 Bewegungsgleichungen 58
4.2.1 Kontimmmshypothese 58
4.2.2 Euler und Lagrange Koordinaten 59
4.2.3 Die Kontinuitätsgleich ung 60
4.2.4 Die Euler Gleichungen 60
4.2.5 Die Bernoulli Gleichung 61
4.2.6 Die Navier Stokes Gleich ungen 63
Teil II Die Konstruktion der Testanlagen und die Berechnung des Rohr¬
systems 57
5. Die Anlage für pulsative Strömungen 69
5.1 Das künstliche Kreislaufsystem 69
5.1.1 Die Aiitriebseinheit 72
5.1.2 Die Meßstrecke 74
5.1.3 Das Reservoir 78
5.1.4 Die Rückflufcstreck e 78
5.2 Der Kolbenantrieb ... 79
5.2.1 Die Dimensionierung des Antriebs 79
5.2.2 Die Elektronik der Motorsteuerung 80
5.3 Die Regelung des Schrittmotors 84
5.3.1 Der Entwurf des Regelkreis 84
5.3.2 Der Entwurf des Regelalgorithmus 86
5.3.3 Die Wahl der Kolbenkurven 89
5.4 Die Steuerung des Kugelventils 92
5.5 Das steuerbare Drosselventil 93
5.6 Die Drucksensorik 93
5.6.1 Die Drucksensoren 94
5.6.2 Die Temperaturkompensation 95
5.6.3 Der Me£verstärker und die Spannungsversorgung ... 96
5.6.4 Die Kalibrierung der Drucksensoren 97
5.6.5 Die Beurteilung der Drucksensorik 98
5.7 Zusammenfassung 99
Inhaltsverzeichnis IX
6. Die Anlage für k onstarte Strömungen 100
6.1 Die Konstruktion 101
6.2 Die Drucksensorik 103
6.2.1 Kalibrierung 104
6.3 Das LDA Meßsystem 105
6.4 Gesch whidigleitsmessungen mit Laser Doppler Anemometrie . 106
6.4.1 Das Prinzip der Laser Doppler Anemometrie 107
6.4.2 Das Inteiferenzstreifemnodell 108
6.4.3 Das Meßvolumen 110
6.4.4 Das Dopplersignal 111
6.4.5 Die Anpassung des Brech ungsindex 112
6.4.6 Die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit . . . .113
6.5 Zusammenfassung 114
7. Hydrodynamik zylindrischer Rohre 115
7.1 Druckgradient durch innere Reibung 116
7.1.1 Innere Reibung bei Querschnittsänderung 119
7.2 Druck änderungdurch Variation des Rohrquerschitts 121
7.3 Druck änderungdurch Beschleunigung 124
7.3.1 Druckgradient im geraden Rohr 125
7.3.2 Druckgradient in Düse oder Diffusor 126
7.4 Das Rohrsystem der Anlage für pulsative Strömungen 127
7.4.1 Druckgradient durch innere Reibung 129
7.4.2 Druckgradient durch Querschnittsänderungeu 132
7.4.3 Druckgradient durch Beschleunigung 134
7.4.4 Die Druckdifferenz im Rohrsystem 135
7.5 Der Einfluß einer endlichen Schallgeschwindigkeit auf die
Druckmessung 136
7.6 Die Rohreinlaufströmung 137
7.7 Das Gesch windigleitsprofil hinter einer Düse 139
Teil III Die h ydrodynamisdien Experimente 141
8. Die Druckmessnngen 143
8.1 Einleitung 143
8.1.1 Ãœberblick 145
8.2 Druckmessungen in k onstarter Strömung 146
X Inhaltsverzeichnis .
8.2.1 Die Vorgehensweise bei den Druckmessungen in kon¬
stanter Strömung 147
8.2.2 Druckmessungen an Probekörpern 148
8.2.3 Druckmessungen an mechanischen Herzklappenprothe¬
sen 162
8.3 Druckmessungen in pulsativer Strömung 168
8.3.1 Die Berechnung der Druckverluste im Rohrsystem . . . 169
8.3.2 Die Verfahren zur Auswertung der Druckmessungen . . 172
8.3.3 Experimentelle Druckmessungen allein mit dem Rohr¬
system 178
8.3.4 Experimentelle Druckmessungen mit der Normdüse . . 184
8.3.5 Druckmessungen an asymmetrischen Probekörpern . . 188
8.3.6 Die Druckmessungen an mechanischen Herzklappen¬
prothesen 192
8.4 Zusammenfassung 202
9. Die optischen Gesch windigleitsmessungen 204
9.1 Experimentelle Ergebnisse mit LDA 205
9.1.1 Zweidimensionale Gesch windigteitsprofile 206
9.1.2 Turbulenz und Standardabweic hing 214
9.2 Gesch windigleitsmessungen mit dem Lieh tsdinittverfahren . . 219
9.2.1 Das Lieh tsdinittverfahren 219
9.2.2 Die experimentellen Ergebnisse mit dem Lieh tsdinitt
v erfahren 223
9.3 Zusammenfassung 235
10. Die Untersuch ungendes Schließverhaltens 230
10.1 Die Bestimmung der Schließzeitpunkte 237
10.1.1 Die experimentellen Ergebnisse 241
10.2 Die Bestimmung der Rückflußvolumina 243
10.2.1 Das Schliefivolumen 244
10.2.2 Das Leckvolumen 245
10.2.3 Das Rückflußvolumen 246
11. Zusammenfassung 248
Inhaltsverzeichnis XI
Anhang 251
A. Schaltpläne 253
B. Die Steuerungssoftware 258
B.l Das Programm zur Meßwertaufhahme und Regelung 258
B.2 Externe Triggerung mittels Interruptprogrammierung 2G0
C. Aufnahmen mit dem Lieh tsdmittverfahren 262
D. Numerische Analyse v on Meßdaten 271
D.l Momente der Verteilung 271
D.2 Numerische Berechnung von Mittel wert und Varianz 272
D.3 Kontinuierliche F ouriertransformatioii 272
D.3.1 luv eiseF ouriertransforrnatiou 273
D.3.2 F altungund Korrelation 274
D.3.3 Skalarprodukt 274
D.4 Diskrete F ouriertransformation 275
D.4.1 InverseF ouriertransformation 277
D.4.2 Satz vonParseval 278
D.4.3 Leistungsspektrum 278
D.4.4 F ensterfunktionen 278
D.4.5 Leistungsspektrum lind F ensterfunktion 279
D.5 Interpolation 279
D.5.1 Lineare Interpolation 280
D.5.2 Interpolation durch kubische Splines 280
D.6 Numerische Integration 281
E. Die Materialtests v on Yang 284
Literaturverzeichnis 288
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