Kooperierende Regelung von extrakorporaler Lungenunterstützung und Beatmung für die Therapie des Lungenversagens (ECLA-VENT)

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Stefan Kowalewski; Professor Dr.-Ing. Steffen Leonhardt; Professor Dr. Rolf Rossaint
• Subject Area: Medical Physics, Biomedical Technology
• Term: from 2013 to 2017
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 224967929

Neben der lungenprotektiven Beatmungsstrategie ist die extrakorporale Lungenunterstützung (ECLA) als Rescuetherapie eine zentrale Therapiestrategie des akuten Lungenversagens (ARDS), die das Potential hat, bei frühzeitigem Einsatz die therapeutische Prognose deutlich zu verbessern. Neue Erkenntnisse zeigen, dass zur Optimierung der Lungenprotektion deutlich individuellere und über die Behandlungszeit variablere Konzepte erforderlich sind, die durch rein heuristische manuelle Steuerung nicht umsetzbar sind. Auf die physiologischen Zielgrößen einer ausreichenden Sauerstoffversorgung und CO2-Elimination wirken sowohl Beatmungsgerät als auch extrakorporaler Kreislauf gleichermaßen. Im Betrieb gilt es nun die Aufteilung des Gasaustausches so abzustimmen, dass beide Geräte hinsichtlich des gewünschten Therapiekonzeptes optimal, d.h. unter Minimierung potentieller Schädigungsmechanismen eingestellt werden. Im Rahmen des hier beantragten Forschungsprojektes soll hierzu ein Automatisierungskonzept entworfen werden, das die Aufgabe löst, die Geräte-Betriebsparameter beider Systeme aufeinander abgestimmt kontinuierlich so einzustellen, dass gemäß Therapievorgabe und physiologischem Bedarf der Patient optimal therapiert wird. Gleichzeitig gilt es den sicheren Betrieb des Gesamtsystems zu jedem Zeitpunkt sicherzustellen, auftretende Sicherheitsrisiken frühzeitig zu erkennen und unter Auflösung etwaiger konkurrierender Sicherheitsziele im Gerätekonzept adäquat umzusetzen. Hierzu soll aufbauend auf dem Vorgängerprojekt Smart ECLA das System um ein extern steuerbares Beatmungsgerät und weitere Sensorik erweitert werden. Zur Realisierung des Automatisierungskonzeptes bedarf es der expliziten Formulierung technisch umsetzbarer Therapiestrategien und deren Umsetzung in Modellwissen. Darauf aufbauend können dann geeignete Reglerstrukturen und Sicherheitsmechanismen entworfen werden, die sowohl während der Entwurfsphase als auch in der abschließenden Validierungsphase durchgehend durch eine klinische und experimentelle Umsetzung begleitet werden.

• DFG Programme: Research Grants