Aktuelle Informationen der HFU zum Thema Coronavirus: www.hs-furtwangen.de/coronavirus

Atemholen leicht gemacht

Im Institut für Angewandte Forschung wird an der Weiterentwicklung von Beatmungssystemen gearbeitet

In Corona-Zeiten ist sie der Gesellschaft überdeutlich bewusst geworden: die Unersetzlichkeit von Beatmungsgeräten, oft letzte Chance für ein Überleben. Damit die komplexe Technik dahinter immer besser an die individuellen Bedürfnisse von Patientinnen und Patienten angepasst werden kann, wird an der Hochschule Furtwangen in der medizinischen Informatik bereits seit 15 Jahren an dem Thema geforscht.

„Ein Aspekt in unseren Forschungsarbeiten zur Beatmungstherapie ist es, ‚Ersatzpatienten‘ zu beschreiben, also Modelle zu entwickeln, die Patienteneigenschaften nachbilden“, erklärt Prof. Dr. Knut Möller, Leiter des Instituts für Angewandte Forschung. „Bei jeder zu beatmenden Person verläuft die Erkrankung anders. Mit individualisierten Modellen kann getestet werden, wie die Therapie sich im konkreten Fall auswirken würde.“ Das Ziel ist die Entwicklung von Geräten, die sich selbstständig an die sich ständig verändernden Bedürfnisse der Patienten anpassen. Nicht zuletzt würde das auch den Klinikalltag des Pflegepersonals vereinfachen.  „Die Ärzte legen die Strategie der Therapie fest. Mit der sich ständig an den Patienten anpassenden Umsetzung durch die Technik könnten die Schäden minimiert werden, die beim Beatmen entstehen“, so Möller.

Beatmung ist eine extrem heikle Therapie. Sind Teile der Lunge verschlossen, muss mit Druck erreicht werden, dass diese Bereiche wieder aufgedehnt werden. Dieser Druck darf aber gleichzeitig nicht das Gewebe der funktionierenden Partien überdehnen.  Aber wie wird sichtbar, wie gut eine Lunge beim Atmen belüftet wird? Damit Luftverteilung und Sauerstoffaufnahme ganz genau erfasst werden können, beschäftigt sich Möller mit seinem Team an der Hochschule Furtwangen auch mit dem Aspekt Sensorik für Beatmungstechnik. Gürtel, die um den Brustkorb getragen werden, können die Atmung mit elektromagnetischen Wellen vermessen. Möller zeigt Bilder von Probanden, auf denen farblich sichtbar wird, wohin der Atem in den Lungen strömt. „In der praktischen Anwendung wäre es zum Beispiel bei Mukoviszidose-Patienten sehr wertvoll, wenn man immer genau nachmessen könnte, wie gut eine Behandlung jetzt gerade gewirkt hat“, erläutert Möller. 

Die Möglichkeiten dieses Messverfahrens werden im aktuellen Forschungsprojekt „MOVE“ zusätzlich mit der Bildgewinnung aus Computertomografien kombiniert. „So entstehen Aufnahmen von einer höheren Bildqualität, die für Ärzte viel besser zu lesen sind,“ sagt Möller und spricht von „inzwischen hübschen Übertragungen“. Nur eine der vielen Herausforderungen dabei: die Bewegung während der Messungen. Lungenflügel dehnen sich beim Atmen aus, der Brustkorb hebt und senkt sich – trotzdem müssen die Sensoren alle Bereiche jederzeit zuverlässig abbilden. „Auch die Außenbewegungen des Thorax müssen erfasst werden, denn sie geben Aufschluss darüber, wie anstrengend das Atmen für den Patienten ist“, erklärt Möller.

Deshalb testen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch den Einsatz von mehreren Messgürteln gleichzeitig für immer bessere Ergebnisse. Und neben der optimierten Atmung darf auch nicht aus dem Blick verloren werden, ob der Sauerstoff aus der Lunge dann auch tatsächlich ins Blut aufgenommen werden kann…es gibt nahezu unzählige Teilprobleme im Forschungsfeld Beatmungstechnik. Doch Möller ist zuversichtlich: auch wenn für jede Technik, die halb- oder vollautomatisiert zugelassen werden soll, Vorschriften und Prüfverfahren besonders streng und langwierig sind – der Informatiker rechnet damit, dass die verbesserten Beatmungssysteme schrittweise, „wie beim autonomen Fahren“, in absehbarer Zeit zum in Einsatz kommen.