Sicherheits- und Automatisierungskonzepte für künstliche implantierbare Lungen - SmartLungControl

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdger Kopp; Professor Dr.-Ing. Steffen Leonhardt; Dr.-Ing. Andre Stollenwerk
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447729163

Die Entwicklung einer extrakorporalen Langzeitlungenunterstützung, wie sie im SPP 2014 „Towards an Implantable Lung“ adressiert wird, erfordert eine Vielzahl von technischen Innovationen. Ein Focus vieler Arbeiten lag hierbei auf der Entwicklung von innovativen Komponenten einer Langzeit-Kunstlunge, wie Membrandesign, Biologisierung von Oberflächen oder Antikoagulation. Die Antragsteller haben sich im Rahmen des SPP 2014 bereits mit der Frage der Konnektion des Patienten an eine Kunstlunge, aber auch mit neuen in-vitro Testverfahren zur Evaluierung von Prototypen per Hardware-in-the-Loop Teststand beschäftigt. Neben der verbesserten Hardware wird sich eine Langzeitlungenunterstützung oder gar implantierbare Kunstlunge allerdings maßgeblich in der Art und Weise des Betriebes zu bisherigen Therapien unterscheiden. Während die heutige extrakorporale Lungenunterstützung auf einer Intensivstation unter unmittelbarer Überwachung eines klinische Experten erfolgt, wird ein Langzeitverfahren auch außerhalb der Intensivstation, ggf. sogar außerhalb des Krankenhauses eingesetzt werden. Die fehlende kontinuierliche Betreuung und Adaptierung des Systems durch entsprechend geschultes medizinisches Fachpersonal, wie Intensivpflegekraft, Kardiotechniker oder Intensivmediziner, erfordert eine grundsätzliche Neubetrachtung des Steuerungs- und Sicherheitskonzeptes.Daher soll das Augenmerk hier auf diese veränderten Betriebsbedingungen gesetzt werden. Entsprechende Methoden, Algorithmen und Sensoren werden in diesem Projekt konzeptioniert und exemplarisch erforscht. Bisherige Ansätze zur Automatisierung, zu denen unsere Arbeitsgruppe in Aachen in der Vergangenheit bereits einen maßgeblichen Beitrag geleistet hat, zielten auf eine Unterstützung des Experten im Hinblick auf die Einhaltung des gewählten Betriebspunktes und eine Sicherheitsüberwachung.In dem beantragten Projekt soll ein Konzept für eine bedarfsadaptierte Steuerung und Sicherheitsüberwachung einer Langzeit-Kunstlunge außerhalb der Intensivstation erforscht werden. In einem ersten Schritt erfolgt eine Analyse bereits vorhandener retrospektiver Patienten- und Tierversuchsdaten, gefolgt von einer systematischen Expertenbefragung nach dem Delphi Verfahren. Im zweiten Schritt wird ein Sicherheitskonzept und ein Regelungsentwurf der Kunstlunge erarbeitet. Dazu werden u. a. auch neue Sensorkonzepte sowohl für die Zuverlässigkeitsmaßnahmen als auch für die bedarfsgerechte Adaption untersucht. Abschließend wird das entwickelte Pilotkonzept unter verschiedenen Rahmenbedingungen und in definierten kritischen Betriebszuständen in-silico, in-vitro und in-vivo im Tierversuch validiert und getestet.Am Ende soll ein Konzept vorliegen, wie der Bedarf und erste Lösungsansätze für den Betrieb einer Langzeitkunstlunge bei wechselndem Bedarf und Betriebspunkten außerhalb der Intensivstation sicher, bedarfsadaptiert und individualisiert erfolgen kann.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2014: Auf dem Weg zur implantierbaren Lunge