pro cura nasorum

Dr. med. Thomas G. Hildebrandt

Zürich · Berlin

Liebe Patienten, geschätzte Kolleginnen und Kollegen,

die Rhinologie bzw. die Chirurgie des Nasengerüstes und der Nasennebenhöhlen gewinnt immer mehr den Charakter einer eigenständigen und gleichzeitig fachübergreifenden Disziplin. Die Nasenchirurgie ist Bestandteil sowohl der HNO-Heilkunde als auch der Plastischen Chirurgie. Ich habe mich darauf spezialisiert.

Gern stehe ich für die Diskussion und chirurgische Behandlung von entsprechenden Problemen zu Verfügung. Ich bin vorzugsweise in Zürich, aber auch in Berlin erreichbar.

Die enge Zusammenarbeit mit dem Labor für Biofluidmechanik der Charité in Berlin ermöglicht es, Verfahren der numerischen Strömungssimulation nicht nur für wissenschaftliche Zwecke, sondern bereits auch für ausgewählte klinische Fälle anzuwenden. Wir sind überzeugt, dass diese Methode in Zukunft bei der Ursachenanalyse von Störungen der Nasenatmung und strömungsbedingten Veränderungen des inneren Milieus der Nasenhöhle unverzichtbar sein wird. Das Labor für Biofluidmechanik ist sicherlich ein Vorreiter dieser Entwicklung.

Dr. Thomas Hildebrandt

Expertise

  • Physiologie und Pathophysiologie der Nasenatmung
  • Erkrankungen der Nasennebenhöhlen
  • Funktionen der Nase
  • Funktionelle und ästhetische Formstörungen der Nase

Operationen

  • Nasenplastik in offener und geschlossener Technik (funktionell und ästhetisch)
  • extrakorporale Septumkorrektur nach Gubisch
  • konventionelle Begradigung der Nasenscheidewand
  • Verschluss von Septumperforationen
  • endoskopische Eingriffe an den Nasennebenhöhlen

Strömungssimulation

  • Numerische Simulation der Nasenatmung
  • Visualisierung und Analyse des endonasalen Strömungsfeldes
  • Beurteilung der Ergebnisse im klinischen Kontext
  • Erstellung von Gutachten

Zur Person

Werdegang

  • Medizinstudium in Berlin 1984-1990
  • Ausbildung zum Facharzt für HNO-Heilkunde an der Charité in Berlin bei Prof. Gerhardt 1990-1995
  • Leitender Oberarzt an der Park-Klinik Weißensee in Berlin bei Prof. Behrbohm 1995-2002
  • selbständige Tätigkeit am Sana Klinikum Berlin-Lichtenberg 2003-2004
  • Chefarzt der Sektion Rhinochirurgie, Abt. f. Plastische Chirurgie, Asklepios Klinik in Birkenwerder bei Berlin 2005-2011
  • Oberarzt an den Oberhavel Kliniken in Hennigsdorf bei Berlin 2011-2013
  • selbständige Tätigkeit in Zürich und Berlin seit 2013
  • Gastwissenschaftler am Labor für Biofluidmechanik der Charité seit 2014

Wissenschaft

Im Rahmen des Projektes „Aerodynamik der Nase“ besteht eine Forschungskooperation mit dem Labor für Biofluidmechanik der Charité.

Gegenstand der wissenschaftlichen Arbeit ist die Physiologie und Pathophysiologie der Nasenatmung. Wir untersuchen die endonasale Strömungsmechanik.

Dazu dienen in erster Linie Verfahren der numerischen Strömungssimulation. Diese ermöglichen im Gegensatz zu experimentellen Methoden auch die patientenindividuelle Anwendung. Voraussetzung ist lediglich eine Computertomographie der Nase bzw. Nasennebenhöhlen.

Die numerische Strömungssimulation (engl.: computational fluid dynamics, CFD) erfordert folgende Arbeitsschritte:

  • Rekonstruktion der 3D Geometrie,
  • Diskretisierung des Strömungsraumes mit finiten Elementen,
  • die mathematisch-physikalische Modellbildung mit entsprechenden Randbedingungen
  • und die Berechnung.

Im Ergebnis erhält man örtlich und zeitlich hoch aufgelöste Strömungsparameter, die visualisiert und analysiert werden können.

Strömungssimulation

Publizierte Ergebnisse zum Projekt „Aerodynamik der Nase“:

Evaluation of the Intranasal Flow Field through Computational Fluid Dynamics

Thomas Hildebrandt, Leonid Goubergrits, Werner Johannes Heppt, Stephan Bessler, Stefan Zachow
ABSTRACT: A reliable and comprehensive assessment of nasal breathing is problematic and still a common issue in rhinosurgery. Impairments of nasal breathing need an objective approach. In this regard, currently rhinomanometry is the only standard diagnostic tool available but has various limitations. However, in the last decade, computational fluid dynamics (CFD) has become a promising method in facing the challenge of qualifying nasal breathing. This article presents use of CFD with a symptom-free subject and a symptomatic patient. Thereby, certain flow field features and changes before and after surgery were investigated. Moreover, the study outlines suggestions for concrete rhinologic CFD applications.

Facial Plastic Surgery 04/2013; 29(2):093-098. · (0.92 Impact Factor)
Thieme-Verlag
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The Concept of Rhinorespiratory Homeostasis – A New Approach to Nasal Breathing

Thomas Hildebrandt, Werner Johannes Heppt, Ulrich Kertzscher, Leonid Goubergrits
ABSTRACT: The suggested concept of rhinorespiratory homeostasis is a new theoretical model for the discussion of physiologic and physical principles of nasal breathing. This model is based on a comprehensive view of nasal functions that takes comparative animal physiology into account. Consequently, it has a universal cross-species character and emphasizes the central role of nasal secretion. In contrast to the established view, the focus is transferred from the inspired air to the nasal wall. This concept considers the parietal effect of airflow represented by wall shear stress with special regard to the epithelial lining fluid. It delivers one possible mechanism of an inherent triggering of the nasal cycle. Furthermore, the issue of biological fluid-structure interaction is introduced. This article presents a rethinking of nasal breathing that was inspired by clinical experience and results of flow field investigations through computational fluid dynamics.

Facial Plastic Surgery 04/2013; 29(2):085-092. · (0.92 Impact Factor)
Thieme-Verlag
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Das Konzept der Rhinorespiratorischen Homöostase – ein neuer theoretischer Ansatz für die Diskussion physiologischer und physikalischer Zusammenhänge bei der Nasenatmung

T. Hildebrandt
ABSTRACT: Ausgangspunkt der Arbeit war die Überlegung, dass bei allen Säugetieren der Physiologie der Nasenatmung gleiche Prinzipien zugrunde liegen. Die elementare Bedeutung des Nasensekretes als Bindeglied für die physiologischen Vorgänge in der Nase tritt durch die Berücksichtigung artenspezifischer Nasenfunktionen verstärkt in den Vordergrund und impliziert die Notwendigkeit der regulierten Kontrolle im Sinne einer Homöostase. Für das Fließgleichgewicht des Sekretfilmes ist der strömungsbedingte Stoff- und Wärmeaustausch im Bereich der Nasenhöhlenwand ein entscheidender Faktor.
Beim Konzept der Rhinorespiratorischen Homöostase steht im Unterschied zur etablierten Modellvorstellung der Nasenatmung nicht die Inspirationsluft im Blickpunkt, sondern der Fokus liegt auf der parietalen Wirkung der Strömung, welche insbesondere von der Wandschubspannung repräsentiert wird. Die Wandschubspannung kennzeichnet die Stärke der konvektiven Komponente des Stoff- und Wärmeüberganges zwischen benetzter Schleimhaut und angrenzender Luft. Darüber hinaus kann sie, vermutlich ähnlich wie in Blutgefäßen, infolge von Mechanotransduktionsprozessen morphologische Veränderungen der Schleimhaut bzw. des submukösen Gewebes induzieren. Inadäquate Wandschubspannungsmuster sind somit als eine Ursache für die Entwicklung umschriebener pathologischer Schleimhautveränderungen, der kompensatorischen Muschelhyperplasie bei Septumdeviation und Sattelnase oder sogar einer "idiopathischen" Rhinopathie vorstellbar.
Für die Modulation der Luftpassage bzw. der Konvektion korrespondierend zur Schleimhautbefeuchtung kommt vor allem der Nasenzyklus infrage. In der vorgelegten Arbeit wird das Prinzip der Flipflop-Schaltung als möglicher konkreter Regelmechanismus erörtert. In diesem Zusammenhang wird hypothetisch davon ausgegangen, dass die Wandschubspannung sowie das transepitheliale Potenzial den jeweiligen Regelzustand in Bezug auf Strömungssituation und Sekretfilm durch Signaltransduktion im ZNS abbilden.
Die Wechselwirkung zwischen Luftstrom und der auf die tangentialen Scherkräfte reagierenden Nasenhöhlenauskleidung in Form von Geometrieänderungen des Strömungsraumes könnte man als verzögerte biologische Fluid-Struktur-Kopplung bezeichnen – in Anlehnung an den "klassischen Fall" der druckvermittelten unmittelbaren Interaktion zwischen Strömung und elastischen Strukturelementen der Wand. In der Dissertation wird der Nasenzyklus als Erscheinungsform einer solchen biologischen Fluid-Struktur-Kopplung interpretiert und als wesentlich für die Homöostase des funktionell essentiellen Nasensekretes eingeschätzt.
Die Respiration durch die Nase dient, so betrachtet, nicht primär der Konditionierung der Atemluft, sondern in erster Linie der Darbietung von Geruchsmolekülen sowie der endonasalen Wasser- und Wärmebilanz. Zugespitzt könnte man formulieren, dass der transnasale Atemstrom eher als Voraussetzung für die Funktionstüchtigkeit und weniger als Zweck des Organs Nase zu verstehen ist.

Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i. Breisgau
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Visual exploration of nasal airflow.

Stefan Zachow, Philipp Muigg, Thomas Hildebrandt, Helmut Doleisch, Hans-Christian Hege
ABSTRACT: Rhinologists are often faced with the challenge of assessing nasal breathing from a functional point of view to derive effective therapeutic interventions. While the complex nasal anatomy can be revealed by visual inspection and medical imaging, only vague information is available regarding the nasal airflow itself: Rhinomanometry delivers rather unspecific integral information on the pressure gradient as well as on total flow and nasal flow resistance. In this article we demonstrate how the understanding of physiological nasal breathing can be improved by simulating and visually analyzing nasal airflow, based on an anatomically correct model of the upper human respiratory tract. In particular we demonstrate how various Information Visualization (InfoVis) techniques, such as a highly scalable implementation of parallel coordinates, time series visualizations, as well as unstructured grid multi-volume rendering, all integrated within a multiple linked views framework, can be utilized to gain a deeper understanding of nasal breathing. Evaluation is accomplished by visual exploration of spatio-temporal airflow characteristics that include not only information on flow features but also on accompanying quantities such as temperature and humidity. To our knowledge, this is the first in-depth visual exploration of the physiological function of the nose over several simulated breathing cycles under consideration of a complete model of the nasal airways, realistic boundary conditions, and all physically relevant time-varying quantities.

IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 01/2009; 15(6):1407-14. · (1.90 Impact Factor)
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Understanding nasal airflow via CFD simulation and visualization

Stefan Zachow, Alexander Steinmann, Thomas Hildebrandt, Werner Heppt
ABSTRACT: Our objective is to analyze and understand the physiology and patho-physiology of normal nasal breathing. To this end, airflow simulations based on computational fluid dynamics (CFD) are presented for a highly detailed anatomy of the upper respiratory tract from the external nose to the larynx, including frontal and maxillary sinuses, as well as the ethmoid. Complex flow phenomena are investigated with regard to individual anatomy and its variations. We are aiming to gain insight into the relationship between morphology and flow behaviour in order to provide general treatment proposals and to develop computer assisted planning tools for decision support in functional rhinosurgery. Introduction. A major requirement for normal nose breathing is an undisturbed passage through the nasal airways. In cases where this condition is not given due to any persistent obstruction or deformity, e.g. paranasal sinusitis, nasal polyps, or septal deviation, a surgical correction might be indicated. Very often too radical resection of turbinate mucosal tissue results in a so called 'empty nose syndrome' (ENS). 1 There is no standard, however, of how much turbinate tissue has to be removed to re-establish physiological breathing. Neither, it is known how much tissue can be removed before it causes other damage to the physiology of the nose, such as ENS. An in-depth knowledge of normal nose breathing, as well as an understanding of the relationship between morphology and physiology of the nose will be the foundation for an improved surgical rehabilitation. Material and Methods. Our investigation is based on an anatomical model of the nasal airways, derived from a high resolution CT scan (Toshiba Aquilion 64) of a volunteer without obvious pathological symptoms (Fig. 1, left). Local administration of a decongestant (Xylometazoline) as well as a systemic application of Methylprednisolon was used to enhance the reconstruction of narrow airways. In addition to the CT scan, a series of active anterior rhino-manometry (AAR) measurements was taken on the same subject in a comparable mucous membrane swelling condition, gathering 2000 samples per measurement (RhinoLab, HR2, Fig. 1, right). The geometric 3D reconstruction of anatomical structures from the CT slices was performed with the software AMIRA. 2 A volumetric Finite-Element (FE) mesh of inner airway structures was generated, as well as of the anterior inflow region. The facial skin serves as boundary surface to address individual inflow via the external nose (Fig. 2, left and Fig. 3). An unstructured FE mesh of the entire computational domain with locally controlled resolution and mixed element types (tetrahedra, prisms) of suitable element quality was finally exported in CGNS format for CFD simulations with ANSYS CFX. 3

Computer Aided Surgery around the Head; 02/2007
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CFD Anwendungsbeispiele:

Numerische Simulation der transnasalen Atemströmung, Gutachten für die SUVA

ZUSAMMENFASSUNG: Die Beschwerden des Patienten könnten nach dieser Untersuchung eine objektive Grundlage haben. Unsere Erfahrungen aus diversen durchgeführten Strömungssimulationen lassen vermuten, dass die untypische Isthmusmorphologie für die Probleme des Patienten verantwortlich ist. Obwohl sich daraus keine pathologischen Widerstandswerte der Nase ergeben, resultiert jedoch ein verändertes Strömungsfeld.
Dieses kann unter Umständen auf Grund von ubiquitär in der Nasenhöhle vorhandenen Mechanorezeptoren als atemassoziierte nasale Missempfindung wahrgenommen werden. Ein ähnliches Phänomen ist beim Empty Nose Syndrome bekannt (Elad et al 2006)!
Therapeutisch könnte man den Versuch der operativen Rekonfiguration des Isthmus nasi im Rahmen einer offenen Rhinoplastik erwägen. Die Prognose eines solchen Eingriffs ist jedoch ungewiss. Bisher gibt es keine Studien über den Zusammenhang von endonasalen Strömungsfeldanomalien bei normalem Atemwiderstand und subjektiv gestörter Nasenatmung.
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CFD-Analysis of Unclear Nasal Breathing Problems

SUMMARY: Altogether, the results of our clinical examination and the simulation of the nasal airflow, in conjunction with the negative cotton wool test, performed elsewhere, do not support the presumed diagnosis of an Empty Nose Syndrome. The missing turbinates in the analyzed case have, as in general, a minor influence on the inspiratory flow field. The importance of the turbinates seems rather to exist in order to facilitate condensation of the exhaled water. This assumption is derived from comparative animal physiology, CFD-studies of human noses by various authors and not least our own investigations.
In the described case, the resection of the turbinates did not lead to an atrophy of the membranes and a therapy-resistant crusting. Probably, there is sufficient compensation of the diminished condensation.
Although there is still a significant septal deviation, the patient does not specify the postoperative complaints as an typical obstruction-problem. Therefore, we doubt that revision-surgery of the septum would be helpful. We also agree with Dr. ... that there is no clear indication to narrow the nasal cavities.
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